Hur kan LHC producera svarta hål?

Svaret Strange som det kan låta, forskare är inte villiga att riskera att förstöra jorden bara för några experimentella resultat. De flesta av dem är förtjusta i platsen och skulle föredra att det fortfarande vara det efter att de, som monster filmer säga kasta växeln. Ändå, på något sätt, många rapporter om start av stora Hadron Collider (LHC) vid CERN har inkluderat den ödesdigra varning om att det kan skapa ett micro svart hål som skulle äta upp hela världen. I medicin skulle sådan risk beskrivas som kontraindicerat. Den allmänna reaktionen inom det vetenskapliga samfundet om sådant vore möjligt skulle vara vad är du galen? Det är frustrerande att detta har varit ett huvudfokus för rapportering. För att vara rättvis, ett anständigt antal rapporter har behandlat denna idé med humor, men de har gjort det utan att tala på djupet om verklig vetenskaplig syftet med LHC. Som ett resultat, mycket av vad någon har hört är antingen, svart hål, är vi dömda eller svart hål, är vi dömda. Ja, rätt. Varken berättelse visar vad som händer och varför det är viktigt. Till stor del det beror är LHC en utrustning som skapade för att testa vissa teorier. Medan det var många år i vardande och de flesta partikel fysiker har varit sugna på att komma online så att de kan ta reda på om vissa idéer har rätt, det finns inte, i det, någon dramatisk historia. Testa grunden till universum är ju tråkig. Vart är Romantik? Där är åtgärden? Låt oss ta en titt. LHC är världens största partikelaccelerator, en 17-mile långa cirkel av magneter som cirkulerar två strålar av protoner i motsatta riktningar i nästan hastighet av ljus och kolliderar dem med en kombinerad energi 14 biljoner elektronvolt. Att fart och energi är nödvändiga för att utföra experiment som har varit på ritbordet i årtionden, men som inte var möjligt med mer punier utrustningen för närvarande tillgängliga (ledsen, Fermilab). Den första sådana experiment är att se om de faktiskt kan upptäcka en partikel kallas den Higgsbosonen. Detta är den sista felande av så kallade Standardmodellen av partikelfysik. Det är en ganska tråkig namn för något som beskriver alla de grundläggande delarna av materia och energi. Standardmodellen är en av de största triumferna för 1900-talets fysik. Det står för de starka och svaga krafter som håller atomkärnor tillsammans, och för det elektromagnetisk kraft (som är ansvariga för nästan alla av fenomen i det dagliga livet, från radiovågor till kemi) och för alla partiklar av vilka atomer görs, liksom flera andra partiklar som är så kortvarig att de finns endast i partikelacceleratorer. Standardmodellen har dock funktionen udda att det erbjuder en förklaring för ett kännetecken av fråga som är så grundläggande få människor skulle undra att det behöver en förklaring: Mass samlas är slags hur mycket saker det finns i frågan. Men vi tenderar att tänka på saken som grejer. Standardmodellen säger att massan av subatomära partiklar kommer till stånd på grund av befintligt-ännu obemärkt partikel, den Higgsbosonen. För att testa teorin, måste Higgs bosoner produceras på ett sätt som kan upptäckas. För att producera en partikel, en accelerator måste ha tillräckligt med energi att göra samlas av denna partikel, men som Einstein sa bekant, E = mc². Energi är lika med massan gånger kvadraten på ljushastigheten. Att c² termen är ganska stor. Om du vill använda energi för att få fråga, behöver du mycket energi. Higgsbosonen är tillräckligt stor att hittills ingen partikelaccelerator har varit tillräckligt kraftfull för att producera den. Tips från befintliga partikel experiment tyder emellertid på att LHC kommer att ha tillräckligt med energi för att producera Higgs. Lägga mer försiktigt, om standardmodellen inte är korrekt, vet vi fortfarande att partiklar har massa och att förekomsten av vissa nya partikel (eller partiklar) är skyldig att ge dem massa. Befintliga experiment tyder på att "massan ger partikel" (eller partiklar) kan produceras i LHC energi skala. Så vi förväntar oss den Higgsbosonen, eller något liknande det som finns på LHC. Med andra ord, om Higgsbosonen eller några andra partikeln eller partiklar som gör jobbet för Higgsbosonen kan produceras bör de vara producible av LHC. Betyder det att om det inte kan producera dem, då det har varit ett kolossalt slöseri med tid, pengar, Schweizisk underground och engineering ansträngning? Nej. Om de inte kan hitta dem, det innebär teorin kommer att behöva ändras. När den Higgsbosonen finns, vad finns kvar att hitta? Ganska mycket, faktiskt. Det visar sig att atomerna utgör endast cirka 5% av massan av universum. Resten är mörk materia (ca 25%) och mörk energi (ca 70%). Som namnen antyder, avger varken mörk materia eller mörk energi ljus. Båda är kända endast genom deras gravitationella effekter. Genom en process för eliminering, har det visats att denna mörk materia inte kan göras av någon känd partikel. Således några nya partikeln återstår hittas, och (massprocent) finns det ca fem gånger så mycket av detta okända saker som det finns av alla kända partiklar tillsammans. Mörk energi hittades genom att tillämpa idén att använda hastighet för att mäta gravitation till universum som helhet. Genom att mäta hastigheter på avlägsna galaxer (och genom att noggrant mäta distansera av dessa galaxer med exploderande stjärnor) kunde astronomer hitta graden av expansion av universum både nu och tidigare gånger. Resultatet är att graden av expansion av universum är takten. Universum accelererar. Eftersom gravitationen är oftast en attraktiv kraft, och en attraktiv gravitation tenderar att bromsa expansionen av universum, kräver accelerationen av universum närvaro av vissa mycket exotiska ämne vars gravitation är motbjudande snarare än attraktiva. Denna exotiska ämne kallas mörk energi, och mätningar av universums expansion visar att det är omkring 70% av massan av universum. LHC är tyvärr osannolikt att berätta mycket om mörk energi. men det kunde berätta mycket om mörk materia. Eftersom det finns en hel del mörk materia i universum, skulle man kunna hitta den genom att göra en mörk materia detektor och sedan bara vänta på att den som träffas av vissa mörk materia partiklar. Flera sådana mörk materia detektorer är verkligen i drift just nu, men på denna punkt de inte har haft en definitiva upptäckten av mörk materia. Men istället för att bara vänta den mörk materian, kunde en inta en mer aktiv hållning och försöka få fram den mörk materian. Hittills har ingen partikelaccelerator producerat mörk materia partiklar, vilket innebär att deras massa är för stor för dessa acceleratorer att producera. Men eftersom LHC har mer energi, det kan väl lyckas producera mörk materia. Så där kommer svart hål idén ifrån? Vid första verkar tanken på att svarta hål som produceras på en partikelaccelerator rimligt. Svarta hål görs när en tillräckligt stor energi är koncentrerad till en liten tillräckligt utrymme. Acceleratorer producerar hög energi partiklar och sond mycket liten längd skalor. Kanske kunde de producera villkor extreme nog att bilda ett svart hål. Hur mycket energi behövs? Om 1,000,000,000,000,000 gånger energin av protonsna på LHC. Det är ett stort antal! Så varför folk talar om svarta hål i LHC? Jo, kanske vår nuvarande förståelse av gravitation inte rätt. Kanske våra tre dimensioner utrymme är bara några tre dimensionell membran i några högre dimensionell rymd med alla krafter utom gravitation begränsas till detta membran, så att gravitationen är en mycket svag kraft utom när vi får rätt energi skala, och kanske att energi skala är det vi håller på att sond med LHC och kanske parametrarna för denna modell tur ut lagom så att när LHC kolliderar protoner , svarta hål bildar. Det är en enorm hög av maybes. Poängen är att det finns några experimentella bevis som stöder någon av dessa antaganden. Om du hög antagande vid antagande med är inga bevis för att något av det är korrekt, vad du sluta med mindre sannolikt än varje medlem av en persons närmaste familj vinna på lotteri. Trots detta kan det hävdas att risken är så stor (world förstörda, spelet över), att ingen bör även viska om att ta en chansning. Vi pratar om svarta hål. Alla som har sett rätt filmer och TV vet det betyder (trumvirvel) jorden är dömd. Faktiskt, nej. Antar att alla dessa tvivelaktiga maybes vända ute till vara ja, och utgör en svarta hål i LHC. Vad händer sedan? På 1970-talet gjorde Stephen Hawking en beräkning som visade att svarta hål har en temperatur, och därför avger strålning och så småningom avdunstar. Ju mindre det svarta hålet, ju högre temperatur, desto snabbare avdunstningen. Om ett svart hål bildar på LHC, skulle dess temperatur vara så stort att det helt skulle avdunsta i en bråkdel av en sekund. Alltså långt ifrån en värld-svälja monster, skulle ett svart hål bildas på LHC vara ett extremt tillfälliga evenemang. Frustrerande, ur de som tror på alla dessa maybes, kan den händelse som gett dem rätt inte ens vara märkt. OK, men antar att, bara antar, att dessa långsökt teorier av svart hål bildas på LHC har rätt och Hawkings beräkning av svart hål avdunstning är fel. Vi har ju aldrig vänt på ett LHC innan. Vi kan verkligen vara säker på att ingen världen-svälja monster kommer att produceras? Ja. Schweiz är inte den högsta energikällan nära jorden. Det finns kosmisk strålning, hög energi partiklar från rymden som bombardera jorden hela tiden. Några av dem, inte många, men vissa, har energier högre än de som produceras i LHC. Jorden har funnits i miljarder år. Under den tiden har några av dessa hög energi kosmisk strålning redan drabbat jorden. Något annat som LHC kommer att göra har redan hänt många gånger och på många ställen på jorden flera-miljarder-år någonsin. Om det fanns någon chans att CERN producerar en jorden-svälja svart hål, kosmisk strålning skulle redan har gjort det, och vi skulle inte vara här. Så som ingenting händer i Schweiz utom undersökningen in i den grundläggande karaktären av materia. Oavsett resultatet, tre saker kommer att vara sant: experimenten kommer att vara oerhört värdefull för partikelfysik. Partikel fysikerna kommer att vara mycket upptagen tolka data. Jorden kommer inte att förstöras av ett svart hål, och partikeln fysiker- och alla andra – kan gå sina normala liv. Om någon är dock fortfarande orolig för svarta hål i LHC, föreslår vi att regelbundet kontrollera denna webbplats. http://hasthelargehadroncolliderdestroyedtheworldyet.com/