uniVersI/O



Large Hadron Collider (LHC) ja mini-mustat aukot

Muutaman kerran ovat jo ihmiset kysyneet minulta, mitä tapahtuu jos ja kun mustia aukkoja syntyy LHC-hiukkaskiihdyttimen sisällä, painottuen mahdolliseen Maapallon kosmiseen vessanpönttöskenaarioon. Ensinnäkään itse kysymys ei tuntunut mitenkään oudolta, totta kai kaikki ovat kiinnostuneita siitä mitä kiihdyttimen sisällä tapahtuu, vaan oudolta tuntui aito huoli siitä, että jotain peruuttamattoman pahaa on aikeissa tapahtua. Kyseessä on siis ikuinen paradoksi tutkijoiden rahansaannin ja tieteellisen vääristymisen välillä: Jotta projektin raha-anomus menisi ei-niin-asiantuntija raadin läpi, on sitä maustettava hieman värikkäämmällä ja mediaseksikkäämmällä kielellä. En usko, että kukaan olisi huolestunut omasta terveydestään, jos päivän lehdessä lukisi, että valtavirrasta poikkeavien teorioiden mukaan Schwartzschildin säteensä alittavien törmäysten on mahdollista ilmaantua hiukkaskiihdyttimen käyttämällä energia-alueella. Vaikka tätä turvallisuusasiaa on puitu paljon muuallakin, niin ajattelin työntää vielä oman lusikkani tähän musta aukko-soppaan.

Asiahan ei tietenkään ole ylläkuvaillun kaltainen, vaan toki tutkijoidenkin on kannettava leipä pöytäänsä ja mediaherkullisia nimiä keksitään jatkuvasti (esim. Yhdysvaltojen vastine LHC:lle on nimetty Superconducting Super Collideriksi, ja tässä tapauksessa ei edes vetävä nimi riittänyt, sillä se peruutettiin liian suurten kustannusten vuoksi). Perusperiaatehan hiukkaskiihdyttimissä on, että kaksi protonia mäjäytetään vastakkain suurimmalla mahdollisella nopeudella ja katsotaan mitä uusia hiukkasia tästä mikroluokan kolarista syntyy. LHC, joka on tähän asti hienoin ihmisen tekemä insinööreyden taidonnäyte, antaa energian protonille, joka vastaa suurin piirtein lentävän itikan energiaa (tämä ei siis ole mitenkään vähättelevä lausahdus). Luodakseen mustan aukon on törmäävien protonien ylitettävä hiukkasfysiikan ns. standardimallin Planckin energia (siis myös massa, kaavan m=E/c² mukaan), joka on noin miljardi miljoonaa kertaa suurempi kuin LHC:ssa käytetty energiataso. Siis saadaksemme aikaiseksi mini-mustiksen on standardimalli heitettävä roskiin. Itseasiassa LHC:n tärkeimpiin tehtäviin kuuluu juurikin selvittää onko asianlaita juuri näin: Standardimalli ennustaa nimittäin yhden hiukkasen (Higgsin hiukkanen), jota ei vielä ole havaittu johtuen sen suuresta massasta (siis energiasta kaavan E=mc² mukaan), mutta jonka LHC:n tulisi havaita. Mikä siis avuksi?

Ylimääräiset ulottuvuudet! Piilotetaan törmäykseen tarvittava energia tavallista useampaan ulottuvuuteen ja voilá, musta aukko-linjasto toimii jälleen. Näillä eväillä tulokseksi tulisi noin tuhat kertaa atominydintä pienempi musta aukko. Tästä eteenpäin kaikki varteenotettavat teoriat ennustavat aukon haihtuvan kvanttisilmänräpäyksessä (miljardi miljardi miljoonaa kertaa nopeampi silmänräpäystä). Tämä ns. Hawkingin säteily argumentti alkaa olla jo hankalasti väistettävissä, sillä stabiilin mini-mustan aukon sisältävät teoriat rikkovat Lorentz-invarianssia, joka vastaa samaa teoreetikolle kuin Maapallo vaihtaisi huomenna kiertosuuntaansa Auringon ympäri.

Mutta siirrytäänpä itse teorioista havaintoihin. Mikään ei päihitä kiihdytyskisassa itse maailmankaikkeutta. Kosmisia säteitä (enimmäkseen lähes valonnopeudella liikkuvia protoneita) törmää Maapallon ilmakehään tasaiseen tahtiin sekä mm. teleskooppien CCD-kennoille luoden tähtitieteilijöitä ärsyttäviä viiruja kauniisiin tähtitaivaskuviin. Näiden protonien energia vastaa jo suurin piirtein samaa kuin tennispallolla on hyvän lyönnin jälkeen, eli tarpeeksi kaataakseen ihmisen mikäli protoni ei ehtisi ensin törmätä ilmakehässä majaileviin hiukkasiin. Kyseessä on siis täsmälleen sama ilmiö kuin hiukkaskiihdyttimessä ja näin ollen yllämainittuja mini-mustia aukkoja pitäisi syntyä jatkuvasti näissä törmäyksissä. Tähän mennessä kukaan ei ole huomannut, että asia olisi näin ja eipä täällä olisi enää ketään sitä ihmettelemässäkään.

Toisaalta, jos kyseessä olisikin eksoottinen, neutraali ja stabiili mini-musta aukko saattaisi se sujahtaa Maapallon läpi huomaamatta. Universumissa majailee kuitenkin paljon tiheämpiä kappaleita, joihin liukas aukko jäisi tankkaamaan, kuten neutronitähti tai valkoinen kääpiö. Ja koska kosmiset säteet ovat yleisiä ja esiintyvät jokapuolella Linnunrataa, voi olettaa, että ennemmin tai myöhemmin jokainen neutronitähti ja valkoinen kääpiö kohtaa vaeltavan korkeaenergisen protonin, joka törmätessään muuttuu mini-mustaksi aukoksi ja napostelee tähden sisuksiinsa. Mutta koska kyseiset kappaleet ovat runsain mitoin havaittavissa Linnunradassa, voidaan vetää johtopäätös, että liukkaita mini-mustia aukkoja ei synny kosmisten säteiden törmätessä toisiin hiukkasiin.

Joku voisi kuitenkin vielä väittää, että kukaan ei voi sanoa 100% varmuudella, että mustia aukkoja ei syntyisi LHC:ssa ja ne eivät mussuttaisi Maapalloa sisuksiinsa, mutta mietipä silloin seuraavaa: Todennäköisyys siihen, että huomenna astuessasi ulos kodistasi kuolet liikenneonnettomuudessa on miljardi miljoona kertaa suurempi kuin musta aukkoinen tuomiopäiväskenaario huolimatta siitä ajoitko autoa vai et. Ja veikkaan, että olet silti valmis ottamaan sen riskin.

Mukaillen tekstejä:

http://cosmicvariance.com/2008/09/20/talking-about-lhc-safety

http://physics.aps.org/articles/v1/14

http://public.web.cern.ch/Public/en/LHC/Safety-en.html

Ja suomeksi LHC:n tapahtumia paikan päältä voi seurata täältä.

Advertisements

Vastaa

Täytä tietosi alle tai klikkaa kuvaketta kirjautuaksesi sisään:

WordPress.com-logo

Olet kommentoimassa WordPress.com -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Twitter-kuva

Olet kommentoimassa Twitter -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Facebook-kuva

Olet kommentoimassa Facebook -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Google+ photo

Olet kommentoimassa Google+ -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Muodostetaan yhteyttä palveluun %s

%d bloggers like this: