La seguridad del LHC
El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) puede alcanzar una energía que no hay otros aceleradores de partículas han llegado antes, pero la naturaleza produce rutinariamente energías más altas en las colisiones de rayos cósmicos. Las preocupaciones sobre la seguridad de lo que pueda crearse en tales colisiones de partículas de alta energía se han abordado durante muchos años. A la luz de los nuevos datos experimentales y comprensión teórica, el Grupo de Evaluación de la seguridad del LHC (LSAG) ha actualizado una revisión del análisis realizado en 2003 por el Grupo de Estudio de Seguridad LHC, un grupo de científicos independientes.
LSAG reafirma y amplía las conclusiones del informe de 2003 que las colisiones del LHC no presentan ningún peligro y que no hay razones para preocuparse. Sea cual sea el LHC va a hacer, la naturaleza ya lo ha hecho muchas veces durante la vida de la Tierra y otros cuerpos astronómicos. El informe LSAG ha sido revisado y aprobado por el Comité de Política Científica del CERN, un grupo de científicos externos que informa el organismo rector del CERN, su Consejo.
A continuación se resumen los principales argumentos que figuran en el informe LSAG. Se anima a cualquier persona interesada en más detalles consultar directamente, y los artículos científicos técnicos a que se refiere.
Rayos cósmicos
El LHC, como otros aceleradores de partículas, recrea los fenómenos naturales de los rayos cósmicos en condiciones controladas de laboratorio, lo que les permite ser estudiado con más detalle. Los rayos cósmicos son partículas producidas en el espacio exterior, algunos de los cuales son acelerados a energías muy superiores a las del LHC. La energía y la velocidad a la que llegan a la atmósfera de la Tierra se han medido en experimentos de unos 70 años. Durante los últimos miles de millones de años, la naturaleza ya ha generado en la Tierra tantas colisiones como alrededor de un millón de experimentos del LHC - y todavía existe el planeta. Los astrónomos observan un gran número de cuerpos astronómicos más grandes de todo el Universo, las cuales también son golpeados por los rayos cósmicos. El Universo en su conjunto lleva a cabo más de 10 millones de millones de experimentos LHC-como por segundo. La posibilidad de consecuencias peligrosas contradice lo que los astrónomos ven - todavía existen estrellas y galaxias.
Agujeros negros microscópicos
Naturaleza forma agujeros negros cuando ciertas estrellas, mucho más grandes que nuestro Sol, colapse sobre sí mismos al final de sus vidas. Se concentran una gran cantidad de materia en un espacio muy pequeño. Las especulaciones sobre agujeros negros microscópicos en el LHC se refieren a partículas producidas en las colisiones de pares de protones, cada uno de los cuales tiene una energía comparable a la de un mosquito en vuelo. Agujeros negros astronómicos son mucho más pesados que cualquier cosa que se podría producir en el LHC.
De acuerdo a las propiedades bien establecidas de la gravedad, descrito por la relatividad de Einstein, es imposible que los agujeros negros microscópicos que se producirán en el LHC. Hay, sin embargo, algunas teorías especulativas que predicen la producción de este tipo de partículas en el LHC. Todas estas teorías predicen que estas partículas se desintegrarían inmediatamente. Los agujeros negros, por lo tanto, no tendrían tiempo para comenzar acreción materia y de causar efectos macroscópicos.
Aunque la teoría predice que los agujeros negros microscópicos decaen rápidamente, los agujeros negros, incluso hipotéticas estables pueden demostrarse que son inofensivos mediante el estudio de las consecuencias de su producción por los rayos cósmicos. Mientras que las colisiones en el LHC se diferencian de las colisiones de rayos cósmicos con cuerpos astronómicos como la Tierra en que las nuevas partículas producidas en las colisiones del LHC tienden a moverse más lentamente que los producidos por los rayos cósmicos, uno todavía puede demostrar su seguridad. Las razones específicas de este dependen de si los agujeros negros están cargadas eléctricamente, o neutral. Se espera que muchos agujeros negros estables a cargar eléctricamente, ya que son creados por partículas cargadas. En este caso iban a interactuar con la materia ordinaria y se detuvo al atravesar la Tierra o el Sol, ya sea producida por los rayos cósmicos o el LHC. El hecho de que la Tierra y el Sol están todavía aquí descarta la posibilidad de que los rayos cósmicos o el LHC podrían producir agujeros negros microscópicos cargados peligrosas. Si los agujeros negros microscópicos estables no tenían carga eléctrica, su interacción con la Tierra sería muy débil. Los producidos por los rayos cósmicos pasarían sin causar daño a través de la Tierra en el espacio, mientras que los producidos por el LHC podría permanecer en la Tierra. Sin embargo, hay cuerpos astronómicos mucho más grandes y más denso que la Tierra en el Universo. Los agujeros negros producidos en las colisiones de rayos cósmicos con organismos tales como estrellas de neutrones y las enanas blancas serían llevados a descansar. La persistencia de este tipo de cuerpos densos, así como la Tierra, descarta la posibilidad de que el LHC producir ningún agujeros negros peligrosos.
Strangelets
Strangelet es el término dado a un bulto microscópico hipotético de "materia extraña" que contiene casi el mismo número de partículas llamadas arriba, abajo y los quarks extraños. De acuerdo con la mayoría del trabajo teórico, strangelets deben cambiar a la materia ordinaria dentro de una mil millonésima parte de un segundo. Pero podrían strangelets fundirse con la materia ordinaria y cambiarlo a la materia extraña? Esta pregunta fue planteada por primera vez antes de la puesta en marcha del Acelerador relativista de iones pesados, el RHIC, en el año 2000 en los Estados Unidos. Un estudio en el momento mostró que no había motivo de preocupación, y el RHIC ahora tiene una duración de ocho años, en busca de strangelets sin detectar ninguna. A veces, el LHC funcionará con haces de núcleos pesados, tal como lo hace el RHIC. Vigas del LHC tendrán más energía que el RHIC, pero esto hace que sea aún menos probable que strangelets podrían formar. Es difícil para la materia extraña que se peguen en las altas temperaturas producidas por tales colisionadores, más bien como hielo no se forman en el agua caliente. Además, quarks serán más diluidas en el LHC que en el RHIC, por lo que es más difícil de montar materia extraña. Producción Strangelet en el LHC es, por tanto, menos posibilidades que en el RHIC, y la experiencia que ya ha validado los argumentos que strangelets no pueden ser producidos.
El análisis de los primeros datos del LHC de las colisiones de iones pesados ha confirmado los ingredientes clave utilizados en el informe LSAG para evaluar el límite superior en la producción de strangelets hipotéticas. Para más detalles ver esta adición al informe LSAG: Implicaciones del LHC datos de iones pesados para múltiples extraña producción de bariones (2011)
Burbujas de vacío
Ha habido especulaciones de que el universo no está en su configuración más estable, y que las perturbaciones causadas por el LHC podrían inclinar en un estado más estable, llamado una burbuja de vacío, en el cual no podríamos existir. Si el LHC podría hacer esto, entonces que así podría rayos cósmicos colisiones. Puesto que tales burbujas de vacío no se han producido en cualquier parte del Universo visible, no van a ser realizadas por el LHC.
Monopolos magnéticos
Monopolos magnéticos son partículas hipotéticas con una sola carga magnética, ya sea un polo norte o un polo sur. Algunas teorías especulativas sugieren que, si existen, los monopolos magnéticos podrían causar protones a la decadencia. Estas teorías también dicen que tales monopolos serían demasiado pesadas para ser producido en el LHC. Sin embargo, si los monopolos magnéticos eran lo suficientemente ligero como para aparecer en el LHC, los rayos cósmicos que golpean la atmósfera de la Tierra ya estarían haciendo ellos, y la Tierra se detendrían y trampa muy efectiva. La persistencia de la Tierra y otros cuerpos astronómicos, por tanto, descarta monopolos magnéticos protones comer peligrosas luz suficiente para ser producido en el LHC.
Otros aspectos de la seguridad del LHC:
Se ha expresado recientemente que una 'reacción de fusión fuera de control "podría ser creada en el vertedero de haz de carbono LHC. La seguridad del vertedero haz LHC ya había sido revisado por las autoridades reguladoras pertinentes de los Estados de acogida del CERN, Francia y Suiza. Las preocupaciones específicas expresadas más recientemente se han abordado en un memorando técnico Assmann et al. Como señalan, reacciones de fusión se pueden mantener sólo en material comprimido por alguna presión externa, tal como la proporcionada por la gravedad dentro de una estrella, una explosión de fisión en un dispositivo termonuclear, un campo magnético en un Tokamak, o al continuar láser isotrópica o vigas de partículas en el caso de la fusión inercial. En el caso del vertedero haz LHC, se golpea una vez por el haz procedente de una sola dirección. No hay ninguna presión compensatorios, por lo que el material de volcado no se comprime, y no de fusión es posible.
Se ha expresado preocupación de que una 'reacción de fusión fuera de control "podría ser creado en un tanque de nitrógeno en el interior del túnel del LHC. No hay tales tanques de nitrógeno. Por otra parte, los argumentos en el párrafo anterior demuestran que hay fusión sería posible incluso si hubiera.
Por último, la preocupación también se ha expresado que el haz del LHC podría de alguna manera provocar un "Bose-Nova 'en el helio líquido se utiliza para enfriar los imanes del LHC. Un estudio (enlace es externo) por Fairbairn y McElrath ha demostrado claramente que no hay posibilidad de que el haz de LHC desencadenar una reacción de fusión en helio.
Recordamos que 'Bose-novas' son conocidos por estar relacionados con las reacciones químicas que liberan una cantidad infinitesimal de energía para los estándares nucleares. Recordamos también que el helio es uno de los elementos más estables conocidos, y que el helio líquido se ha utilizado en muchos aceleradores de partículas anteriores sin contratiempos. Los hechos que el helio es químicamente inerte y no tiene espín nuclear implican que no "Bose-Nova 'puede ser activado en el helio superfluido utilizado en el LHC.
Los comentarios sobre los trabajos de Giddings y Mangano, y por LSAG
Los trabajos de Giddings y Mangano (enlace es externo) y LSAG (enlace es externo) que demuestra la seguridad del LHC se han estudiado, examinado y aprobado por los principales expertos de los Estados CERN miembros, Japón, Rusia y Estados Unidos, que trabaja en astrofísica, cosmología, relatividad general, las matemáticas, la física de partículas y análisis de riesgo, entre ellos varios premios Nobel de Física. Todos coinciden en que el LHC es seguro.
El documento (enlace es externo) por Giddings y Mangano ha sido por expertos anónimos en astrofísica y la física de partículas y publicado (enlace es externo) en la revista científica profesional Physical Review D. La Sociedad Americana de Física revisada por expertos eligió para resaltar este como uno de los documentos más importantes que haya publicado recientemente, la puesta en marcha de un comentario (enlace es externo) por el Prof. Peskin del Acelerador Lineal de Stanford Laboratorio en el que respalda sus conclusiones. El Comité Ejecutivo de la División de Partículas y Campos de la American Physical Society ha emitido un comunicado (enlace es externo) aprobar el informe LSAG.
El informe LSAG ha sido publicado (enlace es externo) por el Instituto de Física del Reino Unido en su publicación Journal of Physics G. Las conclusiones del informe LSAG fueron aprobadas en un comunicado de prensa (enlace es externo) que anunció esta publicación.
Las conclusiones de LSAG también se han aprobado (enlace es externo) por la Sección de Física de Partículas y Nuclear (KET) de la Sociedad Alemana de Física. Una traducción al alemán del informe completo LSAG se puede encontrar en el sitio web KET, así como aquí. (Una traducción al francés del informe completo LSAG también está disponible.)
Por lo tanto, la conclusión de que las colisiones del LHC son completamente seguros ha sido respaldado por las tres sociedades profesionales respetados de los físicos que han revisado, que se encuentran entre las sociedades profesionales más respetados en el mundo.
Expertos de renombre mundial en astrofísica, cosmología, relatividad general, las matemáticas, la física de partículas y análisis de riesgo, entre ellos varios premios Nobel de Física, también han expresado opiniones individuales claras que las colisiones del LHC no son peligrosos:
"Pensar que las colisiones de partículas LHC a altas energías pueden dar lugar a agujeros negros peligrosos es basura. Estos rumores se extendieron por personas no cualificadas que buscan la sensación o la publicidad."
Académico Vitaly Ginzburg, Premio Nobel de Física, Instituto Lebedev, Moscú y la Academia Rusa de Ciencias
"El funcionamiento del LHC es seguro, no sólo en el viejo sentido de la palabra, sino en el sentido más general de que nuestros científicos más cualificados han considerado y analizado a fondo los riesgos involucrados en la operación del LHC. [Cualquier inquietud] son meramente hipotético y especulativo, y en contradicción con muchas pruebas y análisis científico. "
Prof. Sheldon Glashow, Premio Nobel de Física de la Universidad de Boston,
Prof. Frank Wilczek, Premio Nobel de Física, Instituto de Tecnología de Massachusetts,
Prof. Richard Wilson, Mallinckrodt profesor de Física de la Universidad de Harvard
"El mundo no va a llegar a su fin cuando el LHC se enciende. El LHC es absolutamente seguro. ... Las colisiones que liberan más energía ocurren millones de veces al día en la atmósfera de la tierra y nada terrible sucede."
Prof. Steven Hawking, profesor lucasiano, la Universidad de Cambridge
"La naturaleza ya ha hecho este experimento. ... Los rayos cósmicos han llegado a la luna con más energía y no han producido un agujero negro que se ha tragado la luna. El universo no anda haciendo estallar fuera de enormes agujeros negros."
Prof. Edward Kolb, astrofísico de la Universidad de Chicago
"Ciertamente tengo ninguna preocupación en absoluto acerca de la supuesta posibilidad de LHC producir agujeros negros microscópicos capaces de comer hasta la Tierra. No hay ninguna base científica alguna para tales especulaciones salvajes."
Prof. Sir Roger Penrose, ex Rouse Bola Profesor de Matemáticas de la Universidad de Oxford
"No hay riesgo [en las colisiones del LHC, y] el informe LSAG es excelente."
Prof. Lord Martin Rees, astrónomo real del Reino Unido, y el presidente de la Sociedad Real de Londres
"Los que tienen dudas acerca de la seguridad del LHC debería leer el informe LSAG donde se consideraron todos los riesgos posibles. Podemos estar seguros de que las colisiones de partículas en el LHC no pueden conducir a una consecuencias catastróficas".
Académico V.A. Rubakov, Instituto para la Investigación Nuclear, Moscú y la Academia Rusa de Ciencias
"Apoyamos plenamente las conclusiones del informe de LSAG: no hay ninguna base para cualquier inquietud acerca de las consecuencias de las nuevas partículas o formas de materia que podrían ser producidos en el LHC."
R. Aleksan et al., Los 20 miembros externos del Comité de Política Científica del CERN, entre ellos el profesor Gerard 't Hooft, premio Nobel de Física.
La abrumadora mayoría de los físicos están de acuerdo que los agujeros negros microscópicos serían inestables, según lo predicho por los principios básicos de la mecánica cuántica. Como se explica en el informe LSAG (enlace es externo), si los agujeros negros microscópicos pueden ser producidos por las colisiones de los quarks y / o gluones dentro de los protones, también deben ser capaces de descomponerse de nuevo en quarks y / o los gluones. Por otra parte, la mecánica cuántica predice específicamente que deben decaer a través de la radiación de Hawking.
Sin embargo, unos pocos trabajos han sugerido que los agujeros negros microscópicos podrían ser estable. El documento (enlace es externo) por Giddings y Mangano y el informe LSAG (enlace es externo) analizaron de forma muy conservadora el hipotético caso de agujeros negros microscópicos estables y concluyeron que, incluso en este caso no habría peligro concebible. Otro análisis (enlace es externo) con conclusiones similares ha sido documentado por el Dr. Koch, profesor Bleicher y el Prof. Stoecker de la Universidad de Frankfurt y GSI, Darmstadt, que concluye:
"Discutimos los lógicamente posibles vías de evolución agujero negro. Luego discutimos cada resultado individual de esos caminos y puso de manifiesto que ninguno de los caminos físicamente sensibles puede conducir a un desastre agujero negro en el LHC."
Profesor Roessler (que tiene un título de médico y anteriormente fue un teórico de caos en Tubinga) también planteó dudas sobre la existencia de la radiación de Hawking. Sus ideas han sido refutadas por los Profs. Nicolai (Director del Instituto Max Planck de Física Gravitacional - Albert-Einstein-Institut - en Potsdam) y Giulini, cuyo informe (enlace es externo) (ver aquí para la traducción en Inglés, y aquí para obtener más declaraciones) apuntan a la falta de entender la relatividad general y la métrica de Schwarzschild, y su dependencia de una teoría alternativa de la gravedad que fue refutada en 1915. Su veredicto:
"Argumento [de Roessler] no es válido, el argumento no es auto-consistente."
El papel del profesor Roessler también ha sido criticado por el Prof. Bruhn, de la Universidad de Tecnología de Darmstadt, que concluye (enlace es externo) que:
"Una mala interpretación de Roessler de la métrica de Schwarzschild [hace] sus otras consideraciones... nulos. No se trata de documentos que podrían tomarse en cuenta cuando se habla de los problemas de los agujeros negros."
Recientemente se ha propuesto un escenario hipotético de los agujeros negros metaestables posiblemente peligrosas por el Dr. Plaga. Las conclusiones de este trabajo se ha demostrado ser incompatible en un segundo artículo por Giddings y Mangano, en el que también se afirma que la seguridad de esta clase de metaestables escenarios agujero negro ya está establecido por su trabajo original.
