Er LHC'en en helvedesmaskine eller ej?


For et ekstra kort svar kan du nøjes med at læse det med rødt.
For det ultrakorte svar kan du nøjes med at læse det med blåt.

Nej.



Flere bekymrede venner og familiemedlemmer har på det seneste spurgt mig, om den nye partikelaccelerator, LHC (Large Hadron Collider), virkelig kan blive Jordens undergang, sådan som man hører om i diverse nyheder og aviser. Kort fortalt er LHC'ens formål at accelerere diverse partikler op til ekstreme hastigheder, faktisk 99.999999% af lysets hastighed. Ved sådanne hastigheder har partiklerne en energi af 7 TeV (tera-elektronvolt; dvs. 7000 giga-elektronvolt, eller ca. en milliontedel Joule, svarende til den energi der frigøres i et frontalt sammenstød mellem to myg).

En gruppe der kalder sig "Citizens Against The Large Hadron Collider" har lagt sag an mod CERN og dets samarbejdere pga. flere forhold, som de mener udgør en risiko for, at Jorden skulle gå under. Den slags skal man naturligvis tage seriøst, så en flok af forskellige fysikere har gennemgået de forskellige punkter og fandt, at "der er ingen basis for bekymring."

Det er jo nemt nok at påstå, og mange populistiske journalister har da også produceret et utal af artikler med overskrifter som f.eks. "Jorden kan gå under i morgen", mens Børnerådet opfordrer voksne til at tale med deres børn om problemet. På et diskussionsforumpolitiken.dk går en del af folks bekymring på, at selv hvis der kun er 0.000001% risiko for, at Jorden skulle gå under, er dét for meget.

Sagen er, at der ikke er hverken 0.000001%, eller 0.000001% af 0.000001% risiko, eller noget der ligner. Jeg vil her i så korte træk som muligt forklare hvorfor:

Naturen er vildere end LHC'en

Fem forskellige dødsscenarier har været bragt frem, af hvilke det første dog kun skyldes journalisters misforståelser, nemlig

  • Død ved Big Bang
  • Død ved sort hul
  • Død ved vakuumboble
  • Død ved magnetisk monopol
  • Død ved strangelets

  • Disse vil blive gennemgået nedenfor. Det bedste argument i mine øjne er dog det faktum, at der overalt i Universet, også på Jorden, altid og til stadighed sker kollisioner af kosmiske partikler med energier både tilsvarende og højere end dem, LHC'en kan frembringe. Og vi er her endnu.

    Rundt omkring i Verden står forskellige detektorer, der måler fluxen af højenergetiske partikler, såkaldt kosmisk stråling, der kommer fra det ydre rum. Partiklerne rammer os (og de andre planeter, og Solen, og hinanden, ...) med høje hastigheder, og dermed høje energier. Generelt findes, at jo højere energi partiklerne har, jo sjældnere er de.

    Skal man sammenligne disse partikler med dem i LHC'en er man nødt til at tage højde for, at LHC'en sender partikler med høj hastighed fra hver sin retning (set fra vores sysnpunkt), mens de kosmiske partikler rammer en Jord, der ligger stille (set fra vores synspunkt — set fra f.eks. partiklens synspunkt er det jo den selv der ligger stille, mens Jordkloden kommer hamrende med næsten lysets fart). Derfor skal man ikke sammenligne med de kosmiske partikler, der har en energi på 7 TeV, men med de endnu sjældnere partikler med en energi på 100000 TeV, eller 1017 eV, altså et 1-tal med 17 nuller bagefter.

    Selv så højenergetiske partikler er så almindelige, at Jorden siden den blev skabt for ca. 4.5 milliarder år siden, er blevet ramt mere end 1022 gange af partikler med denne eller højere energier, og fortsat bliver ramt flere 100000 gange hvert sekund. En stjerne som Solen, der har et tværsnitsareal der er 10000 gange større end Jordens, rammes 10000 gange oftere. Hverken Jorden eller Solen, eller nogen anden stjerne er nogensinde set bare forsvinde ud i det blå. Det er svært at forestille sig at de skulle gøre det nu, hvor det eneste vi gør altså er at udføre nogle forsøg, som Naturen har gjort i hele Universet levetid.

    Et nyt Big Bang

    Hele pointen med LHC'en er at lære en masse ny fysik. Fysikerne forventer at lære bl.a. om, hvorfor det kan være, at noget vejer noget, hvad det mørke stof, der ligger rundt omkring i Universet er, samt hvordan der var dengang Universet blev skabt. Det er både for at få bedre styr på den fysik, der får vores mobiltelefoner, fjernsyn, computere og hospitalsapparater til at virke, men i lige så høj grad af ren og skær nysgerrighed! Verden er så fantastisk spændende, at vi bare vide så meget om den som muligt.

    Lige efter det såkaldte Big Bang var der så varmt, og stoffet var så tæt, at alle mulige eksotiske partikler må have eksisteret. I LHC'en genskabes disse forhold, men altså kun i ganske lille målestok, i et ganske lille område. Der kan aldrig komme mere energi ud af et eksperiment, end vi putter ind i det. Det har de seriøse kritikere heller aldrig troet. Men ordene "Big Bang" har nok sat nogle skræmmende tanker i hovedet på nogle ivrige journalister.

    Sorte huller

    Dét folk mest har snakket om som risiko, er en mulig dannelse af et sort hul, der efterfølgende kunne sluge Jorden. Et sort hul er et meget kompakt objekt, der tiltrækker alt. De skabes, hvis tætheden af masse overstiger en vis kritisk værdi. De sorte huller man kender til er skabt af stjerner der imploderer, og vejer generelt mere end Solen. Men man kunne også forestille sig, at to partikler der støder sammen, har så høj energi inden for så lille et område, at de kollapser og danner et mikroskopisk sort hul. Det er jo sådan, at energi (E) og masse (m) er to sider af samme sag: Faktisk er E = m c2, hvor c er lysets hastighed.

    Et sort hul skabt af to partikler hver med en energi på 7 TeV vil godt nok kun have en masse på 10-20 gram — altså 1/100 af en milliartedel af en milliartedel af et gram — men eftersom alt der kommer tæt nok på det vil blive slugt, kunne man forestille sig, at det bare ville vokse og vokse og til sidst sluge Jorden.

    Desværre — eller heldigvis — er 14 TeV slet ikke nok energi til at skabe et sort hul; der kræves ca. 1017 gange så høj energi. Sammenlignet med elektromagnetiske kræfter og kernekræfter er tyngdekraften nemlig absurd lille; mellem 1025 og 1038 gange mindre.

    Et multidimensionalt Univers?

    Dette ved kritikerne også godt. Men argumentet er, at visse teorier regner med, at rummet ikke blot har de fire dimensioner vi kender (tre rumlige plus tid), men helt op til 10 eller 11 dimensioner, der bare ikke kan ses i den makroskopiske verden vi kender, men så at sige er "krøllet sammen" på meget små skalaer. Ingen eksperimenter har endnu peget i retning af, at disse såkaldte strengteorier (eller streng-relaterede teorier) er sande, men hvis de er kunne man forestille sig, at tyngdekraften virkede stærkere på meget små skalaer, og at der så alligevel kunne dannes et mikroskopisk sort hul.

    Okay. Det kunne man godt forestille sig. Men selv hvis der skulle dannes et sort hul, ville det sandsynligvis ikke kunne vokse sig stort. Hvorfor? På grund af noget der kaldes Hawking-stråling (efter ham den lille fyr i rullestolen).

    Ifølge den almindeligt accepterede kvantemekanik er det nemlig sådan, at sorte huller faktisk ikke er helt sorte, men udsender en ganske ganske lille smule stråling, og dermed langsomt fordamper. For sorte huller på størrelser med stjerner er det så ekstremt lidt, at de opsamler meget mere energi end de udsender, men jo mindre de er, jo mere udstråler de. Vejer de omtrent det samme som Månen, udstråler de lige så meget som de opsamler, mens et eventuelt sort hul som vejer de der 10-20 gram, fordamper på et splitsekund.

    Ja, men Hawking-strålingen er heller aldrig observeret i virkeligheden, så hvad nu hvis kvantemekanikerne tager fejl og strengteoretikerne har ret? Ja, så må vi jo prøve at beregne, hvor hurtigt sådan et lille sort hul vokser. Dette er ikke så nemt, da der er flere forskellige modeller for hvor hurtigt sorte huller opsamler mere masse. Men i de ekstra-dimensionale scenarier, der motiverede dannelsen af sorte huller i første omgang, bliver resultatet følgende: hvis der er syv eller flere dimensioner, vil Jorden overleve i milliarder af år endnu, mens hvis der er fem eller seks dimensioner, vokser sorte huller så hurtigt, at deres indflydelse ville kunne ses i Universet. I så fald ville de hvide dværge og neutronstjerner, vi ser rundt omkring i Universet, nemlig blive ødelagt meget hurtigt af sorte huller skabt af de kosmiske stråler, de bliver ramt af.

    Det vil altså sige, at den teori kritikerne bruger som argument, selv forudsiger at eventuelle sorte huller ikke er farlige.



    ...



    Nå jeg får tid, skal jeg nok skrive lidt om nedenstående farer også.

    Vakuumbobler


    Magnetiske monopoler


    Strangelets



    Referencer:

    Abbasi, R.U. et al. 2008, arXiv:0804.0382, Search for Correlations between HiRes Stereo Events and Active Galactic Nuclei
    Bergman, D.R. & Belz, J.W. 2007, J. Phys., G34, R359, TOPICAL REVIEW: Cosmic rays: the Second Knee and beyond
    Ellis, J., Giudice, G., Mangano, M., Tkachev, I, & Wiedemann, U. 2008, J. Phys. G: Nucl. Part. Phys. 35 115004, Review of the Safety of LHC Collisions
    Giddings, S.B. & Mangano, M.L. 2008, CERN-PH-TH/2008-025, Astrophysical implications of hypothetical stable TeV-scale black holes
    Hawking, S.W. 1975, Commun. Math. Phys. 43, 199, Particle Creation by Black Holes
    HiRes Collaboration (Abbasi, R. et al.) 2008, Phys. Rev. Lett. 100, 101101, First Observation of the Greisen-Zatsepin-Kuzmin Suppression
    Pierre Auger Collaboration (Abraham, J. et al.) 2007, Science 318, 938, Correlation of the Highest-Energy Cosmic Rays with Nearby Extragalactic Objects
    Pierre Auger Collaboration (Watson, A.A. et al.) 2008, Nucl. Instrum. Meth. A588, 221, Recent results from the Pierre Auger Observatory: Including comparisons with data from AGASA and HiRes