Cosa accadrebbe se il Large Hadron Collider esplodesse? Anche gli scienziati sono contrari: perché il Large Hadron Collider è pericoloso?

La più grande installazione per esperimenti fisici nella storia dell'umanità, il Large Hadron Collider, situato in un anello sotterraneo di 28 chilometri in Francia e Svizzera, continua a suscitare voci contrastanti. Alcuni si aspettano dal suo miracoloso viaggio nel tempo, altri - la scoperta di una particella di Dio che manca nel quadro della struttura del mondo fisico, altri - conseguenze disastrose simulazioni del Big Bang che potrebbero distruggere il nostro pianeta.

Trailer di discussione.

Qual è l'essenza degli esperimenti condotti al collisore e possono davvero rappresentare un pericolo per tutta l'umanità? L'importanza di una scoperta fisica è paragonabile al rischio su scala planetaria, anche se è accettabile con una probabilità insignificante?

Nel dibattito "Angle of Suspicion" il problema viene discusso dal direttore del Centro scientifico ed educativo per la fisica delle particelle e delle alte energie, professore alla BSU e ricercatore indipendente, filosofo, autore della teoria "Su una nuova teoria di l'origine dell'Universo e i pericoli degli esperimenti estremi con la materia."

Versione completa discussioni.

Attenzione! Hai JavaScript disabilitato, il tuo browser non supporta HTML5 o sì vecchia versione Adobe Flash Player.

Attenzione! Hai JavaScript disabilitato, il tuo browser non supporta HTML5 o hai installato una versione precedente di Adobe Flash Player.

Nikolai Maksimovich, quali esperimenti sono diventati possibili con l'avvento del collisore?
Un collisore è un microscopio (questa è un'analogia quasi letterale). Il microscopio è necessario per osservare cose che non sono visibili a occhio nudo. Serve un acceleratore di particelle per poterlo utilizzare per esaminare i dettagli più fini nelle profondità della materia e per studiarli. Prima della costruzione del Large Hadron Collider, i fisici, con l'aiuto del Tevatron, raggiungevano una distanza di 10-18 m, cioè 10-16 cm. Le dimensioni di un atomo sono 10-10 m, la dimensione di un il nucleo atomico è di 10-15 cm, ovvero i fisici hanno esaminato la materia a diversi ordini di grandezza più in profondità. Il Large Hadron Collider ha permesso di andare ancora più in profondità nella materia e scoprire come è strutturata, quali nuove particelle vengono generate a tali distanze e intervalli di tempo e come si comporta l'interazione fondamentale della natura. Tutto ciò ci permetterà di vedere alcuni nuovi fenomeni.

Per quanto ne so, gli esperimenti con il collisore non si limitano a osservare la natura così com'è. Vengono avviati alcuni processi che non si verificano in natura o che sono difficili da osservare quando si verificano naturalmente. Dopotutto, un esperimento produce qualcosa con la materia e non si limita a osservarla. Potresti chiarire questo punto?
Sulla base di teorie comprovate e generalmente accettate che non presentano un solo fallimento, né un singolo fatto contraddittorio, prevediamo quali informazioni otterremo dalla conduzione di questi esperimenti. Naturalmente potrebbero esserci nuove particelle, nuove proprietà di interazione. Ma poiché non esiste un singolo esperimento che contraddica la teoria della relatività e la teoria quantistica dei campi, che descrive le interazioni fondamentali, le nostre previsioni dovrebbero essere giustificate.

Ma allo stesso tempo l’opinione pubblica era agitata fin dall’inizio. Alcuni fisici hanno affermato che è impossibile garantire il controllo completo sul funzionamento del collisore. Cioè, nessuno può garantire la sicurezza completa. Questo è vero?
Non conosco questi fisici. Lo dicono per mancanza di informazioni.

Il primo a sollevare questa domanda fu il fisico americano Loren Wagner, che studiò i raggi cosmici e lavorò anche nel servizio di radioprotezione. C'erano anche il fisico ucraino Ivan Gorelik, il professore di chimica Otto Ressler, e si possono ancora trovare molti nomi che sollevano ragionevolmente la questione dell'imprevedibilità degli esperimenti.

Quando, alla vigilia del lancio, si sono svolte le prime conferenze stampa, gli organizzatori hanno espresso orgoglio perché per la prima volta nella storia della scienza venivano condotti esperimenti che erano, in linea di principio, imprevedibili. Dissero che avrebbero fatto scoperte di cui non erano nemmeno a conoscenza e avrebbero superato la barriera che la fisica fondamentale deve affrontare oggi. La fisica teorica è in crisi e la teoria del Big Bang è uno dei concetti che non risponde a molte domande e porta a un vicolo cieco.

Puoi dare voce alle domande irrisolte della teoria del Big Bang?
Se si fosse verificato il Big Bang e con esso avesse avuto inizio l'Universo, come sarebbe possibile ottenere l'assenza di causa di questa esplosione in uno stato vuoto? L'esplosione stessa contraddice le leggi conosciute della fisica (leggi fondamentali come la legge di conservazione della materia e dell'energia, la legge della termodinamica). È così che è nato l'Universo: dal nulla, in un luogo vuoto e senza causa.

Ciò sembra poco professionale e non ha assolutamente alcuna relazione con ciò che spiega la teoria fisica e ciò che stiamo osservando ora. Non conosciamo appieno il modello dell'inizio del nostro Universo, la sua fase e cosa gli succederà dopo. Forse l'Universo pulsa, compresso in un punto e poi aperto. Ma non si può immaginare che ci fosse un vuoto in cui qualcosa nascesse dal nulla.

I fisici affermano francamente di non conoscere il motivo per cui si è verificato il Big Bang, ma certamente non esistono teorie concorrenti che potrebbero essere confermate da fatti osservativi. Mi riferisco alla radiazione cosmica di fondo a microonde, alla legge di Hubble (espansione delle galassie) e ora anche all'espansione accelerata del nostro Universo. Siamo arrivati ​​al concetto di materia oscura ed energia oscura, che costituisce il 96% della massa del nostro Universo. La teoria del Big Bang è il modello più affidabile e non conosco nessun altro modello che possa competere con esso con un tale grado di validità osservativa.

All'inizio ha spiegato qualcosa, ma quando hanno iniziato a capirlo, si è scoperto che solo il 5% della materia deriva da questa teoria. Quindi, completamente non dimostrate, furono introdotte nuove entità: materia oscura ed energia oscura.

Secondo la seconda legge di Newton l'accelerazione è impossibile senza forza. La forza è legata all'energia, il che significa che l'Universo può espandersi con l'accelerazione dovuta all'energia. Confrontiamo questa energia, che vediamo, ma di cui non sappiamo ancora nulla, con un parametro che può essere utilizzato per determinare l'accelerazione. E diciamo che costituisce circa il 74% della massa dell'Universo. Si stima che un altro 22% sia costituito da materia oscura. Queste sono particelle neutre (prive di carica) sconosciute. Uno di questi potrebbe essere il bosone di Higgs, che verrà scoperto a seguito di esperimenti con il collisore.

Esistono altre teorie che spiegano ciò che la teoria del Big Bang non spiega. E lo fanno senza introdurre postulati indimostrabili sotto forma di materia oscura.

Quale teoria è alternativa alla teoria del Big Bang?
Ci sono due visioni sull’origine dell’Universo. Secondo una versione, ha avuto origine dal punto più piccolo a seguito del Big Bang. Anche i premi Nobel danno valutazioni poco lusinghiere su questa teoria. Secondo un altro, la materia nell'Universo non è nata da un'esplosione, ma dal vuoto. Questa teoria risolve tutti i problemi, nel quadro di tutte le leggi della fisica, senza coinvolgere entità aggiuntive.

Le persone sono libere di inventare ipotesi, questa è la loro natura. I premi Nobel per la fisica, soprattutto negli ultimi decenni, sono stati ricevuti proprio per aver confermato la teoria del Big Bang. La domanda più difficile in fisica è “perché?” Innanzitutto, i fisici rispondono alle domande “cosa?” e “come?”, e le domande “perché?” vengono decisi in seguito.

Un collisore può aiutare a rispondere alla domanda "perché"?
Indubbiamente. Perché le cariche degli elettroni e dei protoni sono uguali in grandezza? Questo è un mistero della natura.

Quanto è pericoloso il collisore secondo la tua teoria?
Se assumiamo che il mondo sia emerso dal vuoto che dà origine alle particelle, possiamo indurre il processo di annichilazione.

Si tratta di speculazioni assolutamente infondate.

C'erano esempi nel lavoro del collisore che potessero almeno in qualche modo confermare queste speculazioni? Si sono verificati processi incontrollabili?
Ovviamente no! Nel 2008, il direttore del CERN lasciò il suo incarico e volle che il collisore fosse lanciato sotto di lui. Pertanto, tutti erano un po' frettolosi e non controllavano le cose fondamentali: i collegamenti dei cavi ai serbatoi con elio liquido. Quando hanno iniziato ad aumentare la tensione e ad aumentare la potenza, la corrente è aumentata e un contatto si è sciolto. Gocce di metallo fuso hanno aperto un buco nel serbatoio dell'elio liquido e, naturalmente, è esploso. Questo è tutto quello che è successo. Dopo un anno e mezzo tutto è stato ripulito ed è stata garantita la completa sicurezza. Questa macchina è ora più affidabile di tutte le centrali nucleari e delle astronavi.

Per questo motivo i processi non sono andati in una direzione incontrollabile?
Un serbatoio con elio liquido è esploso, l'onda d'urto è stata di 320 m, gli ammortizzatori si sono estesi automaticamente e il sistema di protezione è stato attivato.

Il pericolo del collisore non sta nei guasti tecnici, ma nell'imprevedibilità del fenomeno. Per la prima volta sono state completate installazioni sperimentali che colpiscono le particelle di materia di un ordine di grandezza superiore rispetto all'esplosione di una bomba termonucleare! È possibile generare un processo che causerà l’annientamento della materia del pianeta. Nikolai Maksimovich ha affermato che il collisore è più affidabile di una centrale nucleare. Ma a Fukushima il motivo era il fattore umano: bisognava mettere in conto la possibilità di uno tsunami.

Sono stati condotti esperimenti sull'annientamento della materia? Questo processo è stato eseguito su piccola scala controllata?
L'acceleratore Tevatron negli USA è un acceleratore di protoni e antiprotoni. Si scontrano e si annichilano perché sono una particella e un'antiparticella.

Ma allo stesso tempo non c'è alcun cambiamento nella situazione in giro, una reazione a catena?
No, questa è una normale reazione nucleare di collisione di particelle elementari.

Il CERN ha recentemente annunciato la scoperta di una particella simile al bosone di Higgs, previsto da Peter Higgs nel 1964. In che modo questa scoperta potrebbe influenzare lo stato della moderna teoria fisica? Lavorare con questa particella potrebbe essere rischioso?
Risponderò subito all'ultima domanda: no, ovviamente. Questo è importante perché non sapevamo da dove provenisse la massa. La base della teoria che descrive l'interazione fondamentale delle particelle è il principio di simmetria. Inizialmente le particelle sembrano prive di massa, ma in realtà sono massicce. Pertanto, è stata inventata la teoria della rottura spontanea della simmetria di una particella uguale e priva di massa. Gli scienziati hanno attribuito l'emergere della massa a un ulteriore campo scalare e alla particella di Higgs come quanto di questo campo.

Si presume che questo campo permea l'intero Universo. Superarlo con particelle inizialmente prive di massa conferisce loro massa. Maggiore è il superamento del campo di Higgs, maggiore è la massa delle particelle. L'origine della massa stessa rimane inspiegabile: è ancora difficile capire da dove provenga nel bosone di Higgs stesso. La scoperta del bosone è un fatto di enorme significato che spiegherà l'origine della massa, la caratteristica principale di ogni cosa nell'Universo.

Un secolo e mezzo fa, il famoso fisico e filosofo austriaco Ernst Mach spiegò l'effetto massa più chiaramente del CERN con il suo bosone e il collisore. "Ogni particella ha una sorta di campo. Un insieme di particelle forma corpi che hanno una sorta di campo. Un insieme di corpi, stelle emittenti e galassie ha anche i propri campi elettromagnetici, energetici e gravitazionali, che formano il campo totale dell'Universo . In esso, ogni particella che ha un proprio campo, interagisce con la materia dell'Universo, rallenta, accelera."

Belle parole senza una sola formula o affermazione matematica.

Non è più divertente dire che esiste una particella responsabile della massa di tutto nell'Universo?

Al centro di tutto ciò che esiste ci sono alcune particelle. Ciò che ci circonda, infatti, sono due quark, un elettrone, un elettrone e un neutrino ionico. I bosoni fanno interagire le particelle nominate. Tutte le altre particelle nascono da esperimenti, collisioni di particelle e collisioni di raggi cosmici. La teoria che spiega una struttura così semplice del mondo è la teoria di Gauge delle interazioni fondamentali. Ma bisogna pagare per questa bellezza in quanto tutte le particelle risultano prive di massa. L’unica spiegazione matematicamente valida e fisicamente supportata è il meccanismo di rottura spontanea della simmetria di Gauge, che porta all’esistenza del bosone di Higgs.

La parola "campo" non si adatta alla fisica moderna?
Qualsiasi particella corrisponde a un campo con l'aiuto del quale viene descritta l'interazione delle particelle.

Ti riferisci a una nuova entità introdotta da postulati non dimostrati. I quark sono un'idea non dimostrata, si basa su pura astrazione matematica: se consentiamo cariche frazionarie, protoni e neutroni si sommeranno.

Ciò è stato stabilito sperimentalmente da numerosi fatti inconfutabili. Gli effetti causati dai quark non possono essere spiegati da nient'altro. Non possiamo registrare un quark libero, vediamo solo la sua traccia, getti di particelle secondarie. Le persone non riescono a venire a patti con questo, ma questa è la realtà. Einstein una volta rifiutò la meccanica quantistica perché disse che Dio non gioca a dadi. Ma per questo motivo nessuno ha cancellato la meccanica quantistica e tutti si sono resi conto che non è chiaro. Chi può immaginare che una particella sia anche un'onda? Tali processi non saranno mai visibili, ma ciò non significa che non esistano.

Ma ciò non significa che ci sia. Questa è un'ipotesi non dimostrata.

La posizione di Mach è stata in qualche modo dimostrata?
Ognuno ha una mente, una persona può analizzare e trarre le proprie conclusioni.

La stessa cosa viene fatta qui. Per qualche ragione il bosone di Higgs è chiamato la particella di Dio. Perché è così?
Ci sono opinioni diverse. Il premio Nobel Leon Lederman ha affermato che il bosone di Higgs è una particella di Dio. Ma la traduzione si è rivelata imprecisa. Mi sembra che il bosone possa essere definito figurativamente una particella di Dio, perché differisce da tutte le altre particelle in quanto interagisce molto debolmente con le altre particelle. Solo grazie all'energia e alla densità record dei raggi sono stati rilevati solo 8 eventi con il bosone di Higgs. Le statistiche sono ancora piccole, ma gli esperimenti continueranno e ci saranno centinaia e migliaia di eventi. Questo è un fenomeno estremamente raro che fornisce la massa di tutto ciò che esiste, quindi in senso figurato può essere chiamato una particella di Dio.

Quali sono i piani immediati degli sperimentatori? La potenza aumenterà o le particelle già scoperte verranno studiate più in dettaglio?
Questo è solo l’inizio; le proprietà di questa particella restano da stabilire. Dobbiamo stabilire: è questo il bosone di Higgs del modello standard o qualcos'altro? Si parlerà di fenomeni nuovi, che vanno oltre il modello standard. Si prevede che il collisore verrà chiuso nel marzo 2013 e verrà aggiornato entro 1 anno e 8 mesi. Il collisore uscirà con un'energia di 14 TeV nel sistema centrale e con una luminosità aumentata di 1034. Successivamente si prevede che il collisore verrà fermato nel 2018 per un anno e mezzo e la luminosità sarà raddoppiata. Se entro quel momento gli ingegneri risolveranno alcuni problemi, saranno 5 volte. Si prevede di raccogliere statistiche, cercare nuovi e chiarire fenomeni già noti, vari parametri al fine di rendere il modello standard più accurato. Il funzionamento dell'acceleratore e delle installazioni è previsto fino al 2030.

La storia della creazione dell'acceleratore, che oggi conosciamo come Large Hadron Collider, risale al 2007. Inizialmente, la cronologia degli acceleratori iniziò con il ciclotrone. Il dispositivo era un piccolo dispositivo che si adattava facilmente al tavolo. Quindi la storia degli acceleratori iniziò a svilupparsi rapidamente. Apparvero il sincrofasotrone e il sincrotrone.

Nella storia, forse il periodo più interessante è stato quello dal 1956 al 1957. A quei tempi, la scienza sovietica, in particolare la fisica, non restava indietro rispetto ai suoi fratelli stranieri. Utilizzando anni di esperienza, un fisico sovietico di nome Vladimir Veksler fece un passo avanti nella scienza. Ha creato il sincrofasotrone più potente dell'epoca. La sua potenza operativa era di 10 gigaelettronvolt (10 miliardi di elettronvolt). Dopo questa scoperta furono creati seri campioni di acceleratori: il grande collisore elettrone-positrone, l'acceleratore svizzero, in Germania, negli Stati Uniti. Avevano tutti un obiettivo comune: lo studio delle particelle fondamentali dei quark.

Il Large Hadron Collider è stato creato principalmente grazie agli sforzi di un fisico italiano. Si chiama Carlo Rubbia, premio Nobel. Durante la sua carriera, Rubbia ha lavorato come direttore presso l'Organizzazione Europea per la Ricerca Nucleare. Si è deciso di costruire e lanciare un collisore di adroni sul sito del centro di ricerca.

Dov'è il collisore di adroni?

Il collisore si trova al confine tra Svizzera e Francia. La sua circonferenza è di 27 chilometri, motivo per cui è chiamata grande. L'anello acceleratore va in profondità da 50 a 175 metri. Il collisore ha 1232 magneti. Sono superconduttori, il che significa che da essi è possibile generare il campo massimo per l'accelerazione, poiché in tali magneti praticamente non vi è alcun consumo di energia. Il peso totale di ciascun magnete è di 3,5 tonnellate con una lunghezza di 14,3 metri.

Come ogni oggetto fisico, il Large Hadron Collider genera calore. Pertanto, deve essere costantemente raffreddato. Per raggiungere questo obiettivo, la temperatura viene mantenuta a 1,7 K utilizzando 12 milioni di litri di azoto liquido. Inoltre, per il raffreddamento vengono utilizzati 700mila litri e, soprattutto, viene utilizzata una pressione dieci volte inferiore alla normale pressione atmosferica.

Una temperatura di 1,7 K sulla scala Celsius corrisponde a -271 gradi. Questa temperatura è quasi vicina a quello che viene chiamato il limite minimo possibile che un corpo fisico può avere.

L'interno del tunnel non è meno interessante. Esistono cavi al niobio-titanio con capacità superconduttrici. La loro lunghezza è di 7600 chilometri. Il peso totale dei cavi è di 1200 tonnellate. L'interno del cavo è un intreccio di 6.300 fili per una distanza totale di 1,5 miliardi di chilometri. Questa lunghezza è pari a 10 unità astronomiche. Ad esempio, equivale a 10 unità di questo tipo.

Se parliamo della sua posizione geografica, possiamo dire che gli anelli del collisore si trovano tra le città di Saint-Genis e Forney-Voltaire, situate sul lato francese, così come Meyrin e Vessourat, sul lato svizzero. Lungo il diametro del bordo corre un piccolo anello chiamato PS.

Il senso dell'esistenza

Per rispondere alla domanda "a cosa serve un collisore di adroni", è necessario rivolgersi agli scienziati. Molti scienziati sostengono che questa sia la più grande invenzione dell’intera storia della scienza e che senza di essa la scienza come la conosciamo oggi semplicemente non avrebbe alcun significato. L'esistenza e il lancio del Large Hadron Collider sono interessanti perché quando le particelle si scontrano nel collisore di adroni, si verifica un'esplosione. Tutte le particelle più piccole si disperdono in direzioni diverse. Si formano nuove particelle che possono spiegare l'esistenza e il significato di molte cose.

La prima cosa che gli scienziati hanno cercato di trovare in queste particelle schiantate è stata una particella elementare teoricamente prevista dal fisico Peter Higgs, chiamata Si ritiene che questa straordinaria particella sia portatrice di informazioni. È anche comunemente chiamata la “particella di Dio”. La sua scoperta avvicinerebbe gli scienziati alla comprensione dell’universo. Va notato che nel 2012, il 4 luglio, il collisore di adroni (il suo lancio ha avuto parzialmente successo) ha contribuito a scoprire una particella simile. Oggi gli scienziati stanno cercando di studiarlo in modo più dettagliato.

Per quanto...

Naturalmente sorge subito la domanda: perché gli scienziati studiano queste particelle da così tanto tempo? Se disponi di un dispositivo, puoi eseguirlo e acquisire sempre più dati ogni volta. Il fatto è che far funzionare un collisore di adroni è un’impresa costosa. Un lancio costa una grande quantità. Ad esempio, il consumo energetico annuo è di 800 milioni di kWh. Questa quantità di energia viene consumata da una città con una popolazione di circa 100mila persone, secondo gli standard medi. E questo non include i costi di manutenzione. Un altro motivo è che nel collisore di adroni l'esplosione che avviene quando i protoni si scontrano è associata alla ricezione di una grande quantità di dati: i computer leggono così tante informazioni che impiegano molto tempo per elaborarle. Anche se la potenza dei computer che ricevono informazioni è grande anche per gli standard odierni.

Il motivo successivo non è meno noto: gli scienziati che lavorano con il collisore in questa direzione sono sicuri che lo spettro visibile dell'intero universo sia solo del 4%. Si presume che i rimanenti siano materia oscura ed energia oscura. Stanno cercando di dimostrare sperimentalmente che questa teoria è corretta.

Hadron Collider: a favore o contro

La teoria avanzata sulla materia oscura ha messo in dubbio la sicurezza del collisore di adroni. Sorse la domanda: “Collider di adroni: a favore o contro?” Ha preoccupato molti scienziati. Tutte le grandi menti del mondo sono divise in due categorie. Gli "avversari" avanzano una teoria interessante secondo cui se tale materia esiste, allora deve avere una particella opposta ad essa. E quando le particelle si scontrano nell'acceleratore, appare una parte oscura. C'era il rischio che la parte oscura e quella che vediamo si scontrassero. Allora questo potrebbe portare alla morte dell'intero universo. Tuttavia, dopo il primo lancio del collisore di adroni, questa teoria fu parzialmente smentita.

Segue per importanza l'esplosione dell'universo, o meglio, la nascita. Si ritiene che durante una collisione sia possibile osservare come si è comportato l'universo nei primi secondi della sua esistenza. Il modo in cui ha avuto origine dopo il Big Bang. Si ritiene che il processo di collisione delle particelle sia molto simile a quello avvenuto all'inizio dell'universo.

Un'altra idea altrettanto fantastica che gli scienziati stanno testando sono i modelli esotici. Sembra incredibile, ma esiste una teoria che suggerisce che esistano altre dimensioni e universi con persone simili a noi. E stranamente, anche qui l’acceleratore può aiutare.

In poche parole, lo scopo dell'acceleratore è capire cos'è l'universo, come è stato creato e provare o confutare tutte le teorie esistenti sulle particelle e sui fenomeni correlati. Naturalmente ci vorranno anni, ma ad ogni lancio emergono nuove scoperte che rivoluzionano il mondo della scienza.

Fatti sull'acceleratore

Tutti sanno che un acceleratore accelera le particelle al 99% della velocità della luce, ma non molti sanno che la percentuale è pari al 99,9999991% della velocità della luce. Questa straordinaria figura ha senso grazie al design perfetto e ai potenti magneti di accelerazione. Ci sono anche alcuni fatti meno noti da notare.

I circa 100 milioni di flussi di dati provenienti da ciascuno dei due rilevatori principali potrebbero riempire più di 100.000 CD-ROM in pochi secondi. In un solo mese, il numero di dischi raggiungerebbe un’altezza tale che, se fossero impilati, sarebbero sufficienti per raggiungere la Luna. Si è deciso quindi di raccogliere non tutti i dati che provengono dai rilevatori, ma solo quelli che potranno essere utilizzati dal sistema di raccolta dati, che di fatto funge da filtro per i dati ricevuti. Si è deciso di registrare solo 100 eventi accaduti al momento dell'esplosione. Questi eventi verranno registrati nell'archivio del centro informatico del Large Hadron Collider, che si trova nel Laboratorio europeo di fisica delle particelle, che è anche la sede dell'acceleratore. Ciò che verrà registrato non saranno gli eventi che sono stati registrati, ma quelli che sono di maggiore interesse per la comunità scientifica.

Post produzione

Una volta registrati, verranno elaborati centinaia di kilobyte di dati. A questo scopo vengono utilizzati più di duemila computer situati al CERN. Il compito di questi computer è elaborare i dati primari e da essi formare un database che sarà utile per ulteriori analisi. Successivamente, il flusso di dati generato verrà inviato alla rete informatica GRID. Questa rete Internet unisce migliaia di computer situati in diversi istituti in tutto il mondo e collega più di cento grandi centri situati in tre continenti. Tutti questi centri sono collegati al CERN tramite fibra ottica - per velocità massima trasmissione dati.

Parlando di fatti, dobbiamo menzionare anche gli indicatori fisici della struttura. Il tunnel dell'acceleratore è deviato dell'1,4% rispetto al piano orizzontale. Ciò è stato fatto principalmente per posizionare la maggior parte del tunnel dell'acceleratore in una roccia monolitica. Pertanto, la profondità di posizionamento sui lati opposti è diversa. Se contiamo dal lato del lago, che si trova vicino a Ginevra, la profondità sarà di 50 metri. La parte opposta ha una profondità di 175 metri.

La cosa interessante è che le fasi lunari influiscono sull'acceleratore. Sembrerebbe come un oggetto così distante possa influenzare a tale distanza. Tuttavia, è stato osservato che durante la luna piena, quando si verifica la marea, il terreno nella zona di Ginevra si solleva fino a 25 centimetri. Ciò influisce sulla lunghezza del collisore. La lunghezza aumenta quindi di 1 millimetro e anche l'energia del raggio cambia dello 0,02%. Poiché l'energia del raggio deve essere controllata fino allo 0,002%, i ricercatori devono tenere conto di questo fenomeno.

È anche interessante notare che il tunnel del collisore ha la forma di un ottagono e non di un cerchio, come molti immaginano. Gli angoli sono creati da brevi tratti. Contengono rilevatori installati, nonché un sistema che controlla il raggio di particelle in accelerazione.

Struttura

L'Hadron Collider, il cui lancio coinvolge molti componenti e suscita grande entusiasmo tra gli scienziati, è un dispositivo straordinario. L'intero acceleratore è costituito da due anelli. Il piccolo anello è chiamato Sincrotrone Protonico o, per usare le sue abbreviazioni, PS. Il Grande Anello è il Super Sincrotrone Protonico, o SPS. Insieme, i due anelli consentono alle parti di accelerare fino al 99,9% della velocità della luce. Allo stesso tempo, il collisore aumenta anche l'energia dei protoni, aumentando la loro energia totale di 16 volte. Permette inoltre alle particelle di scontrarsi tra loro circa 30 milioni di volte/s. entro 10 ore. I 4 rilevatori principali producono almeno 100 terabyte di dati digitali al secondo. L'ottenimento dei dati è determinato da fattori individuali. Ad esempio, possono rilevare particelle elementari che hanno una carica elettrica negativa e hanno anche metà spin. Poiché queste particelle sono instabili, la loro rilevazione diretta è impossibile; è possibile solo rilevare la loro energia, che verrà emessa ad un certo angolo rispetto all'asse del fascio. Questa fase è chiamata primo livello di lancio. Questa fase è monitorata da più di 100 speciali schede di elaborazione dati, che hanno una logica di implementazione incorporata. Questa parte del lavoro è caratterizzata dal fatto che durante il periodo di acquisizione dei dati vengono selezionati più di 100mila blocchi di dati al secondo. Questi dati verranno quindi utilizzati per l'analisi, che avviene utilizzando un meccanismo di livello superiore.

I sistemi al livello successivo, al contrario, ricevono informazioni da tutti i fili del rilevatore. Il software del rilevatore viene eseguito su una rete. Lì utilizzerà un gran numero di computer per elaborare i successivi blocchi di dati, il tempo medio tra i blocchi è di 10 microsecondi. I programmi dovranno creare segni di particelle corrispondenti ai punti originali. Il risultato sarà un insieme generato di dati costituiti da impulso, energia, traiettoria e altri emersi durante un evento.

Parti dell'acceleratore

L’intero acceleratore può essere diviso in 5 parti principali:

1) Acceleratore del collisore elettrone-positrone. La parte è composta da circa 7mila magneti con proprietà superconduttrici. Con il loro aiuto, il raggio viene diretto attraverso un tunnel circolare. Inoltre concentrano il raggio in un flusso, la cui larghezza è ridotta alla larghezza di un capello.

2) Solenoide muonico compatto. Questo è un rilevatore per uso generale. Tale rilevatore viene utilizzato per cercare nuovi fenomeni e, ad esempio, per cercare le particelle di Higgs.

3) Rivelatore LHCb. L'importanza di questo dispositivo è la ricerca dei quark e delle loro particelle opposte: gli antiquark.

4) Installazione toroidale ATLAS. Questo rilevatore è progettato per rilevare i muoni.

5) Alice. Questo rilevatore cattura le collisioni di ioni di piombo e le collisioni protone-protone.

Problemi durante il lancio dell'Hadron Collider

Nonostante il fatto che la presenza dell'alta tecnologia elimini la possibilità di errori, in pratica tutto è diverso. Durante l'assemblaggio dell'acceleratore si sono verificati ritardi e guasti. Va detto che questa situazione non era inaspettata. Il dispositivo contiene così tante sfumature e richiede una tale precisione che gli scienziati si aspettavano risultati simili. Ad esempio, uno dei problemi che gli scienziati hanno dovuto affrontare durante il lancio è stato il guasto del magnete che focalizzava i fasci di protoni immediatamente prima della loro collisione. Questo grave incidente è stato causato dalla distruzione di parte del fissaggio a causa della perdita di superconduttività da parte del magnete.

Questo problema si è verificato nel 2007. Per questo motivo, il lancio del collisore è stato posticipato più volte, e solo a giugno è avvenuto il lancio; quasi un anno dopo, il collisore è stato lanciato.

L'ultimo lancio del collisore ha avuto successo, raccogliendo molti terabyte di dati.

L'Hadron Collider, lanciato il 5 aprile 2015, funziona con successo. Nel corso di un mese, i raggi verranno fatti girare attorno all'anello, aumentando gradualmente la loro potenza. Non vi è alcuno scopo per lo studio in quanto tale. L'energia di collisione del raggio verrà aumentata. Il valore verrà elevato da 7 TeV a 13 TeV. Un tale aumento ci consentirà di vedere nuove possibilità nelle collisioni di particelle.

Nel 2013 e nel 2014 hanno avuto luogo serie ispezioni tecniche di tunnel, acceleratori, rilevatori e altre apparecchiature. Il risultato sono stati 18 magneti bipolari con funzione superconduttrice. Si dovrebbe notare che totale ce ne sono 1232. Tuttavia, i restanti magneti non sono passati inosservati. Per il resto sono stati sostituiti i sistemi di protezione del raffreddamento e ne sono stati installati di migliorati. Anche il sistema di raffreddamento magnetico è stato migliorato. Ciò consente loro di rimanere a basse temperature con la massima potenza.

Se tutto andrà bene, il prossimo lancio dell’acceleratore avverrà solo tra tre anni. Dopo questo periodo, sono previsti lavori pianificati per migliorare e ispezionare tecnicamente il collisore.

Va notato che le riparazioni costano un bel soldo, senza tener conto del costo. L'Hadron Collider, nel 2010, ha un prezzo di 7,5 miliardi di euro. Questa cifra colloca l'intero progetto al primo posto nella lista dei progetti più costosi della storia della scienza.

Una delle preoccupazioni principali è la creazione di un cosiddetto “buco nero” da parte del collisore. Come è noto, un buco nero è una regione dello spazio-tempo, la cui attrazione gravitazionale è così forte che anche gli oggetti che si muovono alla velocità della luce, compresi i quanti di luce stessi, non possono lasciarla. Il confine di questa regione è chiamato orizzonte degli eventi e la sua dimensione caratteristica è chiamata raggio gravitazionale.

Quindi cosa accadrebbe se il collisore di adroni creasse un microscopico buco nero? C'è un'opinione secondo cui l'intero pianeta Terra cadrà in questo buco, per te e me questo significa la fine di tutto. Oggi è generalmente accettato che questi timori siano infondati. In primo luogo, le critiche principali sono arrivate prima del primo lancio del collisore nel 2008. Ha funzionato, ma la Terra è ancora al suo posto. In secondo luogo, secondo Stephen Hawking, un buco nero divora la materia, ma emette la “radiazione di Hawking” mentre si restringe gradualmente.

Poiché il collisore può creare solo un microscopico buco nero, si autodistruggerà “istantaneamente” (10^-27 secondi) prima di poterci consumare.

“Goccioline strane” ad alta energia

È un termine divertente, ma non stiamo davvero ridendo. Strapelka (“gocciolina strana”), strangelet (dall'inglese strangelet - strano + gocciolina) è un ipotetico oggetto costituito da “materia strana”, formata o da adroni contenenti quark “strani”, oppure da materia di quark non divisa in singoli adroni con circa lo stesso contenuto dei quark strani, up e down. La materia strana è considerata in cosmologia come candidata al ruolo di “materia oscura”. La versione in lingua russa del termine “strape” è stata proposta nel 2005 da Sergei Popov.

Perché le cinghiette sono pericolose? Non per niente vengono chiamate goccioline assassine: secondo gli scienziati, le cinghiette possono influenzare la materia a cui siamo abituati, distruggendo così all'istante la Terra. Ma finora nessuno ha visto questi cinturini e nessuno è ancora riuscito a sintetizzarli.

Monopolo magnetico

Come sappiamo, un magnete ha due poli. Mangiare vecchia idea, che può esistere un campo magnetico con un polo, o meglio, creare una particella chiamata “monopolo magnetico”. Ma questo non è mai stato confermato in alcun modo. Ma anche qui gli scienziati lanciano l’allarme: cosa accadrebbe se il Large Hadron Collider creasse una particella del genere? Sì, potrebbe creare una particella del genere, ma per distruggere il mondo dovrebbe essere enorme e il collisore è troppo piccolo per questo.

Il CERN sta completando i preparativi per il lancio. Per molto tempo si è creduto che l'esperimento con il collisore non fosse sicuro per l'umanità: avrebbe potuto provocare la comparsa di buchi neri e “cinghie” che avrebbero distrutto tutto ciò che esiste. Il rapporto finale sulla sicurezza del progetto afferma che il collisore non presenta alcun pericolo. Tuttavia, è possibile che non tutte le possibilità di distruzione del mondo a causa dell'azione di questa macchina siano state calcolate.

Raffreddamento degli avvolgimenti di elettromagneti superconduttori Large Hadron Collider(LHC, Large Hadron Collider) presso il Centro europeo di ricerca nucleare (CERN), al confine tra Svizzera e Francia, è in fase di completamento. La maggior parte ha già raggiunto una temperatura operativa di soli 2 gradi sopra lo zero assoluto (-271° C) e gli scienziati sperano di iniziare ad accelerare i primi fasci di particelle già dal mese prossimo. Se tutto andrà come previsto, in autunno i fasci di protoni che si muovono a una velocità di circa 0,99999992 alla velocità della luce inizieranno a collidere. Il numero di collisioni aumenterà gradualmente, avvicinandosi al livello pianificato di miliardi di eventi al secondo.

La gioiosa eccitazione degli scienziati immersi nella preparazione probabilmente del più grande esperimento scientifico nella storia dell'umanità, si può capire. Tuttavia, per alcune persone, il languore in attesa del lancio dell'LHC continua a provocare molte paure intorno alla storia di un terribile buco nero che sorgerà nel luogo della collisione di particelle e, crescendo rapidamente, dopo alcuni il tempo divorerà non solo l'aeroporto di Ginevra e le montagne del Giurassico, ma anche il nostro intero pianeta.

In realtà, questa non è la cosa peggiore che possa accadere. I fisici hanno escogitato molti altri scenari escatologici, tra cui la trasformazione di tutti i nuclei atomici del nostro pianeta nella cosiddetta sostanza strana, la distruzione dei protoni da parte dei monopoli magnetici e persino la rapida caduta della struttura familiare dell'intero Universo con l’espansione della “vera” bolla di vuoto creata nell’acceleratore.

Gli autori del rapporto di sicurezza “leggero” sono il Safety Assessment Group di LHC: John Ellis, Gian Giudice, Michelangelo Mangano, Igor Tkachev. Venerdì scorso, uno speciale gruppo di lavoro creato per valutare la realtà di tali eventi ha presentato un rapporto finale "leggero", e lunedì nell'archivio delle prestamp elettroniche è apparso un lavoro su vasta scala che descrive in dettaglio il pericolo dei buchi neri.

Conclusione degli scienziati: non c'è nulla di cui aver paura. La Terra e l’Universo probabilmente sopravvivranno. L’argomentazione principale del team di cinque fisici ripete in una certa misura la frase comune “questo non può essere perché non potrà mai accadere”. Esattamente il contrario: le profezie degli scettici dell'LHC non possono avverarsi, perché tutti gli esperimenti che i fisici sperano di condurre nelle profondità dei rivelatori ATLAS e CMS si verificano continuamente in natura, e l'intero programma LHC nella parte osservabile del pianeta L'universo è già stato ripetuto quadrilioni di quadrilioni di volte. E niente, esistiamo ancora. Inoltre, né i fisici nei loro laboratori né gli astronomi che osservano le distanze cosmiche hanno ancora visto alcun evento che possa essere interpretato come prova delle presunte terribili conseguenze delle collisioni di protoni.

Il fatto è che le energie gigantesche secondo gli standard degli acceleratori terrestri, prima 5 TeV e poi 7 TeV (teraelettronvolt), a cui si prevede di accelerare le particelle nell'anello di 27 chilometri di un enorme acceleratore, non sono nuove nell'universo . In effetti, particelle di questa e maggiore energia si schiantano ogni secondo nella tuta spaziale di un astronauta che emerge dalla navicella spaziale. Con la stessa frequenza bombarderebbero i nostri corpi se la Terra non avesse un'atmosfera. Il guscio d'aria ci salva parzialmente da queste particelle e sono chiamate raggi cosmici.

Pertanto, finché l'acceleratore non inizia a scontrarsi con i raggi di protoni, non c'è assolutamente nulla di cui aver paura: si tratta solo dell'esperienza secondo per secondo dei seguaci di Alexei Leonov, il primo cosmonauta ad andare nello spazio. Quando tali particelle entrano in collisione con un bersaglio, ne estraggono decine e centinaia di protoni e distruggono diversi nuclei atomici. L'esperienza del 74enne Alexei Arkhipovich dimostra che in tali eventi non c'è nulla di terribile né per l'esistenza del nostro mondo né per la salute umana.

In autunno, tuttavia, i ricercatori del CERN sperano di iniziare a riunire fasci di particelle cariche che si muovono in direzioni opposte e puntarli l'uno verso l'altro. Questo è più serio. Sebbene ciascuno dei protoni che corrono l'uno verso l'altro abbia l'energia di una zanzara che vola sotto il soffitto, i processi che si verificano durante la loro interazione possono essere ricreati solo inviando un protone con un'energia di decine di migliaia di TeV su un bersaglio stazionario. Il fatto è che quando si utilizza un bersaglio stazionario, la principale riserva di energia delle particelle incidenti viene spesa per mantenere lo slancio dei frammenti che si disperdono dopo l'impatto, e per la loro interazione rimangono solo pietose briciole, il che è molto interessante per i fisici.

È improbabile che valori di migliaia di TeV vengano raggiunti nel prossimo futuro con gli acceleratori terrestri, ed è per questo che gli acceleratori a fascio collidente sono diventati così popolari. Tuttavia, ci sono molte di queste particelle nello spazio. Ce ne sono molti meno delle "zanzare" - circa 100 miliardi di volte, quindi è improbabile che qualcuno degli astronauti possa subire un simile colpo. Ma il nostro intero pianeta è scosso da diverse migliaia di tali collisioni al secondo, e durante la sua esistenza ce ne sono state circa 1021. Durante l'intero periodo di funzionamento dell'acceleratore di Ginevra, si prevede di ricreare circa 1017-1018 impatti nell'ambito dell'esperimento LHC; quindi senza alcuna partecipazione da parte dei fisici, questo esperimento è già stato ripetuto sulla Terra decine di migliaia di volte.

Gli oggetti fissi sono pericolosi?

Sembra che non ci sia davvero nulla di cui aver paura. Gli autori del presente rapporto sono giunti a queste conclusioni, confermando l’opinione dei loro colleghi che hanno presentato i risultati di uno studio indipendente sullo stesso argomento nel 2003. Tuttavia, in realtà, le prime impressioni ingannano. C'è una grande differenza tra i raggi cosmici e le collisioni di particelle nei raggi in collisione.

In primo luogo, la densità degli eventi in Svizzera e Francia (i rilevatori si trovano su entrambi i lati del confine tra i due paesi) è incomparabilmente più elevata. Se la distanza media tra eventi simili che si verificano simultaneamente nell'atmosfera terrestre è di migliaia di chilometri, la sezione trasversale dei raggi in collisione viene misurata in centimetri. Inoltre, oltre ai protoni, gli scienziati faranno collidere tra loro anche i nuclei di piombo, ciascuno dei quali contiene duecento protoni e neutroni, ricchi di densità nucleare. E sebbene i raggi cosmici contengano probabilmente anche nuclei pesanti, ce ne sono molti meno dei protoni e delle particelle alfa.

Tuttavia la differenza principale non è nemmeno questa, bensì la velocità di espansione dei prodotti della collisione.

Supponendo che l'impatto produca effettivamente buchi neri in miniatura o goccioline di materia mortalmente strana, secondo la legge di conservazione della quantità di moto, si muoveranno a grande velocità, volando attraverso la Terra in un batter d'occhio. Se tali oggetti compaiono negli acceleratori, la loro velocità sarà bassa: i raggi in collisione hanno velocità quasi identiche, che la somma dà zero. Ciò significa, dicono i pessimisti, che una volta che apparirà un buco nero, cadrà rapidamente al centro del nostro pianeta, e lì ne divorerà gradualmente il corpo, crescendo inghiottendo sempre più porzioni. Alla fine, le cose raggiungeranno la superficie.

È proprio al comportamento di tali oggetti quasi stazionari e alla probabilità estremamente bassa della loro comparsa che è dedicata la maggior parte dell'ultimo rapporto. Gli scienziati, uno per uno, analizzano in dettaglio i possibili scenari del “giorno del giudizio”, tenendo conto anche delle versioni più speculative delle teorie fisiche e delle ultime esperienze con gli acceleratori, e giungono alla conclusione che dopotutto nulla ci minaccia.

I buchi neri non appariranno?

Per quanto riguarda i buchi neri, la loro comparsa nell'LHC è generalmente una grande domanda. Se la teoria generale della relatività di Einstein è corretta (e non ci sono ancora serie obiezioni sperimentali), allora i buchi neri non si formeranno nemmeno quando i nuclei di piombo si scontrano. Il motivo è che la gravità, che controlla il movimento dei grandiosi corpi celesti e determina il destino dell'Universo nel suo insieme, è una forza molto debole a distanze microscopiche. È di molti ordini di grandezza inferiore alle altre tre forze fondamentali: sia le interazioni elettromagnetiche che quelle nucleari, le cosiddette deboli e forti. Ma queste forze non prevedono la formazione di buchi neri e, in generale, non è ancora particolarmente possibile “sposare” queste forze, descritte dalla teoria quantistica, con la teoria della gravità di Einstein.

Ma anche se appare un buco nero, dovrebbe scomparire all’istante a causa degli effetti quantistici. Uno dei pochi tentativi riusciti di comprendere i fenomeni all'intersezione tra meccanica quantistica e gravità, intrapresi dal famoso fisico teorico britannico Stephen Hawking, portò alla nascita del concetto di “evaporazione” dei buchi neri. Ai margini di un buco nero dovrebbero talvolta formarsi coppie virtuali di particelle e antiparticelle che, secondo la meccanica quantistica, appaiono continuamente nello spazio e dopo brevissimo tempo scompaiono nel nulla. In questo caso le particelle della coppia non possono annichilarsi a vicenda, e per un osservatore esterno in prossimità del buco “nasce” qualcosa dal nulla; l'energia viene spesa per questo e, come mostrano i calcoli, più piccolo è il buco nero, maggiore è.

Il buco nero più grande che possa nascere nell'LHC ha un'energia non superiore all'energia combinata di due nuclei in collisione. Un tale oggetto, secondo la teoria di Hawking, vive per un tempo incredibilmente breve - meno di 10-80 secondi, durante i quali non avrà nemmeno il tempo di ingoiare nessun'altra particella, non avrà nemmeno il tempo di muoversi.

Alcune teorie, tuttavia, prevedono l'esistenza nel microcosmo delle cosiddette dimensioni spaziali nascoste oltre alle tre a noi note: lunghezza, larghezza e altezza. In questi casi, non solo le forze gravitazionali a distanze molto brevi possono diventare molto più forti di quanto previsto dalla gravità classica, ma gli stessi buchi neri microscopici potrebbero rivelarsi stabili.

Tuttavia, anche questa opzione non funziona.

Qui gli scienziati hanno nuovamente rivolto la loro attenzione agli oggetti spaziali. Se i buchi neri stabili potessero formarsi e crescere, allora quando la Terra o il Sole fossero bombardati dai raggi cosmici, questi buchi si caricherebbero molto rapidamente, attirando principalmente protoni piuttosto che elettroni, che si muovono molto più velocemente alla stessa temperatura. Un buco nero carico, a differenza di uno neutro, interagisce molto più attivamente con le particelle circostanti, il che lo fermerà rapidamente.

Così, volando attraverso il Sole, e ancor di più attraverso stelle super dense come le nane bianche o le stelle di neutroni, il buco nero rallenterà e rimarrà nel corpo della stella. Eventi, argomenti simili, che si prevede di produrre presso l'LHC, si è verificato così tante volte nella vita di ogni stella che se i buchi neri potessero formarsi, crescerebbero abbastanza rapidamente e distruggerebbero i corpi celesti a noi noti.

Il modo esatto in cui crescono questi oggetti dipende dal modello specifico della teoria della gravità con “dimensioni extra”. Analizzando costantemente numerose opzioni e tenendo conto di tutti gli effetti immaginabili, gli scienziati giungono alla conclusione che anche con le ipotesi più estreme, né la Terra né le nane bianche potrebbero esistere per più di diversi milioni di anni. In effetti, hanno miliardi di anni, quindi i buchi neri microscopici non sembrano formarsi affatto nell'Universo.

Il livello di pericolo delle cinghiette non è stato studiato!

Un altro popolare agente di distruzione del nostro mondo durante il lancio dell'LHC sono le goccioline di una strana sostanza, o "strapellet", come predica l'astronomo russo Sergei Popov. Tale sostanza è detta strana non per il suo comportamento, ma per la presenza nella sua composizione di una significativa mescolanza dei cosiddetti quark strani ("sapore") oltre ai quark up e down (u e d) che la compongono. costituiscono i protoni e i neutroni che formano i nuclei di tutti gli atomi ordinari.

Nei laboratori sono già stati ottenuti piccoli nuclei strani, in cui una particella contenente quark strani viene aggiunta a neutroni e protoni. Non sono stabili: decadono in miliardesimi di secondo. Non è stato ancora possibile ottenere nuclei contenenti molte particelle strane, ma da alcune versioni della teoria delle interazioni nucleari ne consegue che tali nuclei possono essere stabili. Sono più densi della materia ordinaria e gli astronomi che studiano le stelle di neutroni, il tipo di nuclei atomici giganti in cui si trasformano le stelle massicce dopo la morte, sono attivamente interessati a loro.

Se i nuclei “strani” sono veramente stabili (non ci sono indicazioni sperimentali al riguardo), allora, utilizzando considerazioni aggiuntive, anche non confermate sperimentalmente, si può dimostrare che la transizione verso una forma strana sarà energeticamente favorevole. In questo caso, quando interagiscono con i nuclei ordinari, quelli strani provocheranno la transizione dei primi in una forma strana. Di conseguenza, si formano goccioline di una strana sostanza, chiamate “strisce”. Poiché sono formate da protoni e neutroni, la carica delle fascette sarà positiva, quindi respingeranno i nuclei ordinari. Ancora una volta, in alcune teorie, possono formarsi anche reggette negative che non sono stabili. Già la quarta ipotesi di questo paragrafo presuppone la presenza di cinghie negative instabili ma di lunga durata che attireranno la materia ordinaria.

Sono proprio questi quattro volte ipotetici cinturini a rappresentare una minaccia.

Gli scienziati devono lavorare con tali fantasmi per dimostrare la sicurezza dell'LHC.

Gli argomenti principali contro l'esistenza di qualsiasi cinturino sono i risultati degli esperimenti del cosiddetto American Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), che iniziò a funzionare presso l'American Brookhaven National Laboratory alla fine del XX secolo. A differenza del CERN, dove si scontrano nuclei di piombo, a Brookhaven si scontrano nuclei di atomi d'oro leggermente più leggeri, e con energie nettamente inferiori.

Come mostrano i risultati RHIC, qui non compaiono cinghiette. Inoltre, i dati raccolti dall'acceleratore sono perfettamente descritti dalla teoria secondo la quale, nel punto di collisione di due nuclei, si forma per un insignificante coagulo di plasma di quark e gluoni con una temperatura di circa un trilione e mezzo di gradi frazione di secondo (circa 10-23 secondi). Tali temperature esistevano solo all'inizio del nostro Universo, e anche nei centri delle stelle più massicce e calde non si verifica nulla di simile.

Ma a tali temperature, le cinghiette pericolose, anche se si formano, vengono immediatamente distrutte, poiché le reazioni con esse sono caratterizzate dalle stesse energie dei nuclei ordinari, altrimenti non sarebbero in uno stato stabile, cioè energeticamente favorevole. La caratteristica temperatura di "fusione" dei nuclei è di miliardi di gradi, quindi a temperature di trilioni di gradi non rimangono tracce di cinturini.

La temperatura del plasma di quark e gluoni che si prevede di ottenere presso l'LHC è ancora più alta. Inoltre, la sua densità durante una collisione sarà, stranamente, inferiore.

Quindi è ancora più difficile ottenere le cinghie nell'LHC che nell'RHIC, ed è stato più difficile ottenerle che negli acceleratori degli anni '80 e '90.

A proposito, quando nel 1999 fu lanciato il programma RHIC, i suoi creatori dovettero anche convincere gli scettici che la fine del mondo non sarebbe avvenuta con la prima collisione di nuclei. E non è successo.

Un ulteriore argomento contro la possibilità della comparsa di cinturini è la presenza della Luna in orbita attorno alla Terra. A differenza del nostro pianeta, la Luna non ha un'atmosfera, quindi la sua superficie e i nuclei degli elementi pesanti in essa contenuti vengono bombardati direttamente dai nuclei che compongono i raggi cosmici. Se la comparsa di cinturini fosse possibile, nel corso dei 4 miliardi di anni di esistenza del nostro satellite, questi nuclei pericolosi avrebbero completamente "digerito" la Luna, trasformandola in uno strano oggetto. Tuttavia, la Luna continua a brillare di notte come se nulla fosse successo, e alcuni hanno avuto anche la fortuna di aggirare questo oggetto e tornare indietro.

Un altro modo per uccidere l'universo

I candidati più esotici per il ruolo di assassini di tutti gli esseri viventi sono i monopoli magnetici. Nessuno è ancora riuscito a tagliare un magnete in due parti e ad ottenere i poli nord e sud separati, ma un monopolo magnetico è proprio una di queste particelle. Ancora una volta, non ci sono prove sperimentali della sua esistenza, tuttavia, già nella prima metà del XX secolo, Wolfgang Pauli notò che la loro introduzione nella teoria permette di spiegare perché tutte le cariche sono multipli della carica dell'elettrone.

Questa idea si è rivelata così allettante che, nonostante la mancanza di prove, alcuni fisici continuano a credere nell'esistenza dei monopoli. Se consideriamo che per quantizzare una carica, un monopolo è sufficiente per l'intero Universo, allora questa convinzione non è certo peggiore della fede in un unico principio, grazie al quale c'è del bene nell'Universo.

Tuttavia un monopolo magnetico non va bene, almeno per il protone. Avendo una grande carica, i monopoli nel loro effetto ionizzante dovrebbero essere simili ai nuclei atomici pesanti, e in alcune versioni della teoria - ancora una volta non nel modello standard quasi sacro per i fisici, che finora è stato in grado di spiegare tutti gli esperimenti con le particelle - i monopoli possono causare il decadimento di protoni e neutroni in particelle più leggere.

La maggior parte dei fisici ritiene che i monopoli magnetici debbano essere particelle molto massicce con un'energia dell'ordine di 1012 TeV, che né l'LHC né qualsiasi altro acceleratore terrestre possono raggiungere. Quindi non c'è nulla di cui aver paura.

Tuttavia, se assumiamo che i monopoli possano avere una massa più piccola, allora dovrebbero essersi formati molto tempo fa dall'interazione della materia terrestre con i raggi cosmici. Inoltre, interagendo attivamente con la materia attraverso le forze elettromagnetiche, i monopoli dovrebbero rallentare molto rapidamente e rimanere sulla Terra. Il bombardamento del nostro pianeta e di altri corpi celesti da parte dei raggi cosmici va avanti da miliardi di anni e la Terra non è scomparsa da nessuna parte. Quindi o i monopoli leggeri non si formano, oppure non hanno nemmeno la capacità di contribuire in qualche modo al decadimento del protone.

L’universo entrerà in un vero stato di vuoto?

Infine, la cosa peggiore che può accadere è la comparsa di bolle di “vero vuoto” nello spazio. Sono in grado di distruggere non solo la Terra, ma l'intero Universo a noi noto.

In generale, il vuoto fisico è un sistema complesso di molti campi interagenti. Nella meccanica quantistica, il vuoto è semplicemente lo stato energeticamente più basso di un tale sistema, e non una sorta di “zero assoluto”. Ogni metro cubo di vuoto può avere la propria energia e, inoltre, il vuoto stesso può persino influenzare i fenomeni fisici che si verificano in esso.

Ad esempio, se abbiamo un livello energetico falso, molto stabile, ma non ancora il più basso, possiamo comunque scendere da esso e la differenza di energia tra i due livelli può essere utilizzata per creare nuove particelle, proprio come i quanti di luce creato quando gli elettroni si spostano da un livello atomico alto a quello basso. Gli astrofisici, ad esempio, sono fiduciosi che tali transizioni siano avvenute nel passato e, grazie a loro, il nostro mondo ora è pieno di materia.

In generale, non deriva da nessuna parte che il vuoto che conosciamo non sia così falso. Inoltre, la spiegazione più semplice della misteriosa “energia oscura”, a causa della quale l'espansione del nostro Universo sta accelerando, è proprio la presenza di energia del vuoto diversa da zero. In questo caso è possibile il passaggio alla fase successiva e inoltre, secondo alcune teorie, le recenti osservazioni astronomiche ne avrebbero addirittura aumentato la probabilità.

Naturalmente non deriva da nessuna parte che una tale transizione possa essere innescata da collisioni di protoni nel supercollisore dell’LHC. Tuttavia, se si formano bolle microscopiche di “vero” vuoto, la teoria prevede inoltre la loro rapida espansione a causa della trasformazione del vuoto da un tipo a un altro lungo il confine della bolla. Espandendosi alla velocità della luce, una tale bolla avvolgerà la Terra in una frazione di secondo, e poi prenderà il sopravvento sul resto dell'Universo, dando origine a molte particelle e, forse, rendendo l'esistenza della materia come al solito per noi. impossibile.

In generale, non è chiaro come esattamente l’LHC possa innescare una transizione nel vuoto. In assenza di un argomento da confutare in questo caso, gli autori del rapporto volgono nuovamente lo sguardo al cielo, ripetendo la stessa logica. Se ancora non vediamo alcuna conseguenza catastrofica della collisione di particelle cariche ad alta energia nello spazio, significa che la comparsa di tali bolle è impossibile o troppo improbabile. Alla fine, come hanno calcolato gli scienziati, durante la sua esistenza l'Universo ha condotto 1031 esperimenti delle dimensioni di LHC nella sua parte osservabile. E, se almeno uno di essi finisse con la distruzione di qualche parte del mondo, probabilmente ce ne accorgeremmo. Cos'è un esperimento rispetto a 1031? La probabilità che saremo sfortunati è troppo piccola.

Vale la pena rischiare?

Naturalmente, parlare di probabilità in questo caso non è affatto appropriato. Per quanto riguarda il prezzo dell'assicurazione auto, puoi dividere il numero totale di incidenti per il numero totale di auto per ottenere la probabilità di un incidente per ciascuna auto e moltiplicare tale probabilità per il costo medio dell'auto. Questo valore è chiamato aspettativa matematica del danno alla macchina. Aggiungete a questo importo le commissioni per le quali esistono le compagnie di assicurazione e il costo dell'assicurazione è pronto.

I professionisti utilizzano anche l'aspettativa matematica del numero di morti umane, ad esempio nelle aree soggette a terremoti. Ad alcuni questo può sembrare cinico, ma probabilmente un calcolo del genere lo è l'unico modo gestire in modo efficace risorse sempre limitate per salvare il massimo numero di vite.

Se la probabilità della distruzione della Terra all'inizio dell'LHC è, diciamo, una possibilità su un miliardo, allora l'aspettativa matematica del numero di morti - il prodotto della popolazione del pianeta per un miliardesimo - sarà 6,5. È possibile che tra le diverse migliaia di scienziati che lavorano al CERN non ci siano sette, ma molte più persone pronte a sacrificare la propria vita per il bene della scienza. Tuttavia, riusciranno a mettere in gioco l’esistenza dell’intera umanità, anche se con una vittoria quasi garantita? E se stessimo parlando dell'esistenza dell'intero Universo? È improbabile che qualcuno possa rispondere a questa domanda.

Un residente dello stato americano delle Hawaii, Walter Wagner, ad esempio, ritiene il rischio ingiustificato e ha persino intentato una causa in tal senso in uno dei tribunali americani. La richiesta, però, è già stata respinta, e nessuno sa quale sarà il suo destino futuro nel sistema giudiziario statunitense. È chiaro solo che difficilmente sarà soddisfatto entro la metà dell'autunno, quando, secondo il piano, le travi in ​​arrivo nel gigantesco tunnel vicino a Ginevra inizieranno ad accelerare l'una verso l'altra. E il tribunale americano sulla Ginevra europea non ha giurisdizione e può solo vietare la fornitura di importanti apparecchiature per il CERN, che vengono prodotte negli USA; Questo, tra l'altro, è lo scopo della causa.

La paura che ha portato al lancio dell’LHC non è una novità. La stessa cosa è accaduta quando è stato lanciato l'acceleratore ionico Brookhaven. E alla fine degli anni Sessanta, il messaggio sulla scoperta della "forma polimerica dell'acqua" da parte del chimico sovietico Nikolai Fedyakin si diffuse in tutto il mondo. In Occidente si diceva solo che, una volta negli oceani del mondo, la “polywater” avrebbe rapidamente convertito tutto il suo contenuto in forma polimerica. Non è una storia sugli strangelet che possono trasformare tutta la materia in una forma strana? Chi è interessato può ricordare un'altra leggenda: sui test subacquei di una bomba all'idrogeno, la cui esplosione ha mancato di poco gli strati inferiori dell'oceano ricchi dell'isotopo pesante dell'idrogeno, provocandone la detonazione in tutto il pianeta.

Si scopre che i potenziali pericoli associati al lancio collisore, non dovrebbero essere presi in considerazione. La morte della Terra a causa dell'impatto di un asteroide o dell'esplosione di una supernova nelle vicinanze è molto più probabile. Anche una guerra per le risorse minerarie causerà molti più danni che avviare una macchina. Pertanto, è improbabile che le proposte per interrompere gli esperimenti con l’LHC siano considerate costruttive.

Il più grande e potente acceleratore di particelle del mondo, il Large Hadron Collider (LHC), è recentemente tornato a funzionare. Dopo l'aggiornamento, l'acceleratore di particelle ha iniziato a funzionare con doppia potenza. Ciò significa che tutte le paure legate al suo lancio iniziale sono state ravvivate in modo violento?

Sebbene questo evento fosse atteso in tutto il mondo, ci furono due persone che rimasero in silenzio: Walter Wagner, un ufficiale della sicurezza nucleare in pensione, e il giornalista spagnolo Luis Sancho. Hanno una loro storia legata all'LHC, e forse dobbiamo loro tutte le storie dell'orrore legate al lancio di una macchina per la scissione dei protoni.

Mesi prima che il collisore venisse acceso per la prima volta nel 2008, Wagner e Sancho hanno intentato una causa contro le organizzazioni dietro la macchina mostruosa: il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, il Fermi National Accelerator Laboratory e la National Science Foundation.

Inutile dire che ci è voluto molto coraggio e forse un po' di follia per cercare di denunciare una qualsiasi di queste organizzazioni che impiegano alcuni degli intellettuali più brillanti dell'umanità, per non parlare di attaccarle tutte in una volta. Soprattutto dopo aver completato la costruzione di un progetto trentennale da 6 miliardi di dollari. In difesa degli uomini, Wagner e Sancho cercarono di salvare il mondo da quella che pensavano fosse un'inevitabile distruzione.

Tra i timori c'era che l'LHC potesse creare un buco nero in miniatura che avrebbe letteralmente inghiottito la Terra. Nella loro causa hanno sostenuto:

“Alla fine, l’intera Terra cadrà in un microbuco nero in crescita, che trasformerà la Terra in un buco nero di medie dimensioni attorno al quale continueranno a orbitare la Luna, i satelliti, la ISS, ecc.”.

La causa è stata respinta perché gli uomini non potevano dimostrare una “minaccia credibile”. Tuttavia, fino ad oggi ci sono persone sulla Terra che credono che l’LHC porterà l’umanità al collasso. Sebbene Sancho e Wagner avessero torto - la Terra è a posto, l'LHC ha funzionato per diversi anni consecutivi - è importante capire perché il background scientifico dell'LHC non implica alcuna minaccia. Capire perché Il grande collisore di adroni non causerà un danno così catastrofico.

Nascita di un buco nero

I buchi neri sono oggetti compatti estremamente densi con una massa che va da 4 a 170 milioni di volte quella del Sole. Sebbene i buchi neri siano per definizione enormi, è almeno teoricamente possibile che piccole quantità di materia – decine di microgrammi – possano essere compattate abbastanza da creare un buco nero. Questo sarebbe un esempio di un buco nero microscopico.

Fino ad ora nessuno ha osservato o prodotto buchi neri microscopici, nemmeno l’LHC. Ma prima che fosse acceso per la prima volta nel 2008, Wagner e Sancho temevano che accelerare le particelle subatomiche al 99,99% della velocità della luce e poi farle collidere potesse creare un caos di particelle così denso da far apparire un buco nero.

I fisici del CERN riferiscono che la teoria generale della relatività di Einstein suggerisce che sarebbe impossibile per l'LHC produrre un fenomeno così esotico. Ma cosa succederebbe se Einstein avesse torto? Questo è ciò che temono Wagner e Sancho.

Anche così, un’altra teoria sviluppata dal famoso astrofisico Stephen Hawking prevede che anche se un microscopico buco nero si formasse all’interno dell’LHC, si disintegrerebbe istantaneamente, senza rappresentare alcuna minaccia per l’esistenza della Terra.

Nel 1974, Hawking predisse che i buchi neri non solo mangiano la materia, ma la sputano anche fuori sotto forma di radiazione di Hawking ad altissima energia. Secondo la teoria, più piccolo è il buco nero, maggiore è la radiazione di Hawking che emette nello spazio, svanendo gradualmente. Pertanto, il microscopico buco nero, diventato il più piccolo, scomparirà prima che possa danneggiarci e distruggerci. Forse questo è il motivo per cui non abbiamo visto buchi neri microscopici.

La nascita della materia strana

La materia strana è costituita da singole ipotetiche particelle - cinturini - che differiscono dalla materia ordinaria che costituisce tutto ciò che ci circonda.

Wagner e Sancho temono che questa strana materia possa fondersi con la materia normale e "potrebbe trasformare l'intera Terra in un'unica grande cosa strana". Naturalmente, le preoccupazioni di Wagner e Sancho non si basano sulle loro teorie: questi pensieri sono stati discussi in circoli scientifici più seri.

Tuttavia, nessuno conosce l'esatto comportamento della materia strana e nemmeno di un singolo strangelet; Questo è in parte il motivo per cui le cinghiette rimangono candidate per le particelle di materia oscura, che predominano nel nostro Universo.

Per sostenere questa teoria, i fisici del Brookhaven National Laboratory di New York hanno cercato di creare uno strano oggetto al Relativistic Heavy Ion Collider fin dall'inizio di questo secolo. Finora non abbiamo visto un solo strap-on. Ma ovviamente ci sono sempre delle possibilità.

Se il Brookhaven National Laboratory sarà fortunato nella sua ricerca, permangono i timori che gli strangelet che entrano in contatto con la materia ordinaria inizieranno una reazione a catena che trasformerà voi, noi e tutto il resto sulla Terra in un ammasso di materia strana. Nessuno sa se saremo in grado di sopravvivere a una tale trasformazione e cosa cambierà. Ma l’ignoto fa paura.

I fisici del CERN, tuttavia, sostengono che se Brookhaven riuscisse a creare uno strano oggetto, le possibilità che interagisca con la materia ordinaria sono molto piccole:

"Con così alte temperature, che vengono prodotti nei collisori, fondere insieme materia strana è più difficile che formarvi il ghiaccio acqua calda", dicono.

La nascita dei monopoli magnetici

In natura i magneti hanno due estremità: un polo nord e uno sud. Ma alla fine del XIX secolo, il fisico Pierre Curie, marito di Marie Curie, suggerì che non c'era motivo per cui una particella con un polo magnetico non potesse esistere.

Più di mezzo secolo dopo, una particella del genere, chiamata monopolo magnetico, non è mai stata creata né osservata in natura. Cioè, è puramente ipotetico. Ma questo non ha impedito a Wagner di suggerire che una macchina potente come l’LHC potrebbe creare il primo monopolo magnetico della storia, in grado di distruggere la Terra.

"Tali particelle potrebbero avere la capacità di catalizzare il decadimento di protoni e atomi, facendoli trasformare in altri tipi di materia", hanno scritto lui e Sancho.

La teoria secondo cui un monopolo potrebbe distruggere i protoni – gli elementi costitutivi subatomici di tutta la materia nell’Universo – è nella migliore delle ipotesi speculativa, spiegano i fisici del CERN. Ma diciamo che questa teoria è vera. In questo caso, questa particella avrà una massa troppo grande perché l’LHC possa crearla.

In generale, siamo al sicuro.

"Il fatto dell'esistenza della Terra e di altri corpi celesti esclude la possibilità di creare pericolosi monopoli magnetici mangiatori di protoni utilizzando l'LHC", affermano i fisici del CERN.

I fisici trascorreranno i prossimi mesi ad aumentare la potenza dell'LHC in modo che superi il doppio della potenza massima alla quale l'LHC ha operato durante il suo primo lancio. Ciò non cambia il fatto che è improbabile che la Terra venga distrutta da microscopici buchi neri, cinturini o monopoli magnetici.