Вопросы безопасности Большого адронного коллайдера

Некоторые специалисты, а также простые граждане, поднимают вопросы по безопасности Большого адронного коллайдера. Эти вопросы имеют заметный резонанс в средствах массовой информации.

Основная критика

Любая критика основана на отсутствии наблюдений, обусловленных секретностью научных институтов и незнанием, а также отсутствием технологий наблюдений вне экспериментов с применением высоких энергий. Посему на данный момент можно строить бесконечное множество теорий, одни из которых покажут безопасность эксперимента, а другие наоборот, указывают на возможность глобальной катастрофы. К примеру, математический ряд 1,2,3,2,3,.. имеет четкую симметрию и множественное продолжение, основанное на логике предсказаний относительно наблюдаемой симметрии. 1. Наблюдая за симметрией (мы постулируем, что природа симметрична, красива, проста, и одна часть является копией другой части), можно найти, что симметрия кроется в том, что статистически двойка и тройка встречаются два раза. В то время как единица только один раз. Посему 6ой параметр должен быть единицей; 2. Наблюдая за симметрией, можно найти, что симметрия кроется в 323 когда восходящий ряд возрастает, слега снижается, слегка возрастает и снижается. Посему можно предположить о том, что 1232321, т.е. 6ым числом будет двойка; 3. Теперь "докажем", что наблюдаемая тенденция приведет нас к ряду 123233. Это просто. Единица встречается один раз, двойка два раза, тройка три раза, соответственно. Т.е. мы связали статистику появление числа с ним самим. Красиво? Гениально? Этим и занимается физика; 4. Можно постулировать и четверку, т.е. ряд 123234. Это довольно просто. Налицо возрастание параметров, при этом мелкое снижение каждой тройки. Т.е. наблюдаемые данные должны прогнозироваться как 123, 234, 345, 456... 5. Чтобы предсказать пятерку, нужно понять, что каждый третий параметр является интерференцией (сложением) первых двух. Т.е. 1+2=3, 2+3=5, 3+4=7 и т.д

Некоторые специалисты и представители общественности высказывают опасения, что существует вероятность выхода проводимых в коллайдере экспериментов из-под контроля и развития цепной реакции, которая при определённых условиях теоретически может уничтожить всю планету. Точка зрения сторонников катастрофических сценариев, связанных с работой БАК, изложена на отдельном сайте. Из-за подобных настроений БАК иногда расшифровывают как Last Hadron Collider («Последний адронный коллайдер»).

В этой связи наиболее часто упоминается теоретическая возможность появления в коллайдере микроскопических чёрных дыр, а также теоретическая возможность образования сгустков антиматерии и магнитных монополей с последующей цепной реакцией захвата окружающей материи. Также рассматриваются иные виды цепных реакций, когда взаимоотталкивающее взаимодействие направлено не во все стороны, а складывается в плоскость или линию, тем самым возникает воронка, стягивающая в себя все окружающее, и выталкивающая из себя сугубо в плоскости или даже по линии.

Указанные теоретические возможности были рассмотрены специальной группой CERN, подготовившей соответствующий доклад, в котором все подобные опасения признаются необоснованными. Английский физик-теоретик Эдриан Кент опубликовал научную статью с критикой норм безопасности, принятых CERN, поскольку ожидаемый ущерб, то есть произведение вероятности события на число жертв, является, по его мнению, неприемлемым. Тем не менее, максимальная верхняя оценка вероятности катастрофического сценария на БАК составляет 10^-31.

В качестве основных аргументов в пользу необоснованности катастрофических сценариев приводятся ссылки на то, что Земля, Луна и другие планеты постоянно бомбардируются потоками космических частиц с гораздо более высокими энергиями. Упоминается также успешная работа ранее введённых в строй ускорителей, включая релятивистский коллайдер тяжёлых ионов RHIC в Брукхейвене. Возможность образования микроскопических чёрных дыр не отрицается специалистами CERN, однако при этом заявляется, что в нашем трёхмерном пространстве такие объекты могут возникать только при энергиях, на 16 порядков больших энергии пучков в БАК. Гипотетически микроскопические чёрные дыры могут появляться в экспериментах на БАК в предсказаниях теорий с дополнительными пространственными измерениями. Такие теории пока не имеют каких-либо экспериментальных подтверждений. Однако, даже если чёрные дыры будут возникать при столкновении частиц в БАК, предполагается, что они будут чрезвычайно неустойчивыми вследствие излучения Хокинга и будут практически мгновенно испаряться в виде обычных частиц.

21 марта 2008 года в федеральный окружной суд штата Гавайи (США) был подан иск Уолтера Вагнера (англ. Walter L. Wagner) и Луиса Санчо (англ. Luis Sancho), в котором они, обвиняя CERN в попытке устроить конец света, требуют запретить запуск коллайдера до тех пор, пока не будет гарантирована его безопасность.

Сравнение с природными скоростями и энергиями

Ускоритель предназначен для сталкивания таких частиц, как адроны и атомарные ядра. Однако существуют природные источники частиц, скорость и энергия которых значительно выше, чем в коллайдере (см.: Зэватрон). Такие природные частицы, энергии которых эквивалентны (и даже на порядки выше) энергиям на БАК, обнаруживают в космических лучах. Природный Зэватрон же не имеет той плотности пучка, что на БАК, но регистрация энергии эквивалентна наблюдаемой частоте. Поверхность планеты Земля частично защищена от этих лучей, но, проходя через атмосферу, частицы космических лучей сталкиваются с атомами и молекулами воздуха. В результате этих природных столкновений в атмосфере Земли рождается множество стабильных и нестабильных частиц. В результате на планете уже в течение многих миллионов лет присутствует естественный радиационный фон. То же самое (сталкивание элементарных частиц и атомов) будет происходить и в БАК, однако с меньшими скоростями и энергиями и в гораздо меньшем количестве. В этом случае большая плотность излучения на БАК будет порождать множество стабильных и нестабильных частиц, а также излучение, при этом, возможно, лишь некоторые из эффектов и частиц будут регистрироваться детекторами, но много чего "выйдет наружу из лаборатории".

Микроскопические чёрные дыры

Если чёрные дыры могут возникать в ходе столкновения элементарных частиц, они также будут и распадаться на элементарные частицы, в соответствии с принципом CPT-инвариантности, являющимся одним из самых фундаментальных принципов квантовой механики.

Далее, если бы гипотеза существования стабильных чёрных микродыр была верна, то они бы образовывались в больших количествах в результате бомбардировки Земли космическими элементарными частицами. Но бо́льшая часть прилетающих из космоса высокоэнергетических элементарных частиц обладают электрическим зарядом, поэтому часть чёрных дыр были бы электрически заряжены. Эти заряженные чёрные дыры захватывались бы магнитным полем Земли и, будь они в самом деле опасны, давно разрушили бы Землю. Механизм Швиммера, делающий чёрные дыры электрически нейтральными, очень похож на эффект Хокинга и не может работать, если эффект Хокинга не работает.

К тому же любые чёрные дыры, заряженные или электрически нейтральные, захватывались бы белыми карликами и нейтронными звёздами (которые, как и Земля, бомбардируются космическим излучением) и разрушали их. В результате время жизни белых карликов и нейтронных звёзд было бы гораздо короче, чем наблюдаемое в действительности. Кроме того, разрушаемые белые карлики и нейтронные звёзды испускали бы дополнительное излучение, которое в действительности не наблюдается. Впрочем, сравнение микродыр и больших коллапсаров — а также наделение свойств микродыр свойствами коллапсаров — лишь гипотетическое. Если в гипотезе Хоккинга (что не зарегистрировано) сколлапсировавшие звезды излучают фотоны, тем самым снижая массу звезды, то микродыра по началу ничего не излучает (стягивая на себя атомы и электроны, находящиеся поблизости), но лишь при разрастании до больших размеров ее масса может начинать перерождаться в энергию.

Теории с дополнительными пространственными измерениями, предсказывающие возникновение микроскопических чёрных дыр, не противоречат экспериментальным данным, только если количество дополнительных измерений не меньше трёх. Эффект квантовой телепортации или наличие точек и пробелов в треках на коллайдерах может объясняться как наличием большего количества измерений, так и тем, что в трёх(+время)мерном измерении частицы распадаются на меньшие (то есть им присущи волновые свойства), мигрируют в пространстве незаметно от детектора и собираются в определённом месте. При количестве дополнительных измерений большем трёх должны пройти миллиарды лет, прежде чем чёрная дыра причинит Земле сколько-нибудь существенный вред. В случае, если квантовая телепортация и другие пространственные «аномалии» объясняются не дополнительными измерениями, а волновыми свойствами частиц, существует множество вариантов, в зависимости от математики описания самого механизма распада частицы и сборки её в другом месте.

Страпельки

Основная статья: Страпелька

Элементарные частицы, состоящие из «верхних», «нижних» и «странных» кварков, и даже более сложные структуры, аналогичные атомным ядрам, обильно производятся в лабораторных условиях, но распадаются за время порядка 10^-9 сек. Это обусловлено гораздо большей массой странного кварка по сравнению с верхним и нижним. Вместе с тем существует гипотеза, что достаточно большие «странные ядра», состоящие из примерно равного количества верхних, нижних и странных кварков, могут быть более стабильными. Дело в том, что кварки относятся к фермионам, а принцип Паули запрещает двум одинаковым фермионам находиться в одном и том же квантовом состоянии, вынуждая частицы, «не успевшие» занять низкоэнергетичные состояния, размещаться на более высоких энергетических уровнях. Поэтому если в ядре имеется три разных сорта («аромата») кварков, а не два, как в обычных ядрах, то большее количество кварков может находиться в низкоэнергетических состояниях, не нарушая принципа Паули. Такие гипотетические ядра, состоящие из трёх сортов кварков, и называются страпельками.

Предполагается, что страпельки, в отличие от обычных атомных ядер, могут оказаться устойчивыми по отношению к спонтанному делению даже при больши́х массах. Если это верно, то страпельки могут достигать макроскопических и даже астрономических размеров и масс.

Предполагается также, что столкновение страпельки с ядром какого-нибудь атома может вызывать его превращение в странную материю, которое сопровождается выделением энергии. В результате во все стороны разлетаются всё новые страпельки, что теоретически может приводить к цепной реакции.

Однако даже в этой ситуации коллайдер не представляет сколько-нибудь новой по сравнению с предшествующими ускорителями опасности, поскольку энергии столкновения частиц в нём на порядки выше, чем те, при которых могут эффективно образовываться ядра (будь то обычные или страпельки). Так что если бы страпельки могли возникать в БАК, они бы в ещё больших количествах возникали и в релятивистском ускорителе тяжёлых ионов RHIC, поскольку количество столкновений там выше, а энергии ниже. Но этого не происходит.

Машина времени

По информации международного издания New Scientist, профессор, доктор физико-математических наук Ирина Арефьева и член-корреспондент РАН, доктор физико-математических наук Игорь Волович полагают, что этот эксперимент может привести к созданию машины времени. Они считают, что протонные столкновения могут породить пространственно-временны́е «кротовые норы».

Противоположных взглядов придерживается доктор физико-математических наук из НИИ ядерной физики МГУ Эдуард Боос, отрицающий возникновение на БАК макроскопических чёрных дыр, а следовательно, «кротовых нор» и путешествий во времени.