Mise à jour : trous noirs, sécurité et mise à niveau du LHC

Mise à jour du 9 novembre En réponse à certains des commentaires ci-dessous, permettez-moi d'expliquer l'une des préoccupations concernant les assurances standard données par les physiciens des particules concernant la sécurité du LHC. Leur argument est que la Terre a été bombardée par des rayons cosmiques de haute énergie pendant des milliards d'années. Ces particules seraient entrées en collision avec des particules de notre atmosphère à des énergies beaucoup plus élevées que celles possibles au LHC. Donc, si une catastrophe était possible, elle serait déjà arrivée. Cela signifie que l'existence continue de la Terre, et en fait de nombreux autres corps astronomiques, est une preuve puissante que le LHC est sûr. Le problème est le suivant : il y a une différence importante entre les collisions qui se produisent dans l'atmosphère et celles qui se produisent au LHC. Les rayons cosmiques frappent l'atmosphère à une fraction substantielle de la vitesse de la lumière. Cela signifie que les débris de ces collisions se déplacent également à une fraction substantielle de la vitesse de la lumière, ce qui leur donne un temps limité pour interagir avec la Terre. Les collisions au LHC sont différentes. Celles-ci impliquent deux faisceaux, tous deux se déplaçant presque à la vitesse de la lumière mais entrant en collision frontale. La collision se produit donc au repos par rapport à la Terre. C'est un point important. Cela signifie que les débris de la collision peuvent rester plus longtemps et avoir ainsi plus de chances d'interagir avec la Terre. Lorsque cet effet est pris en compte, il n'est pas du tout clair que des événements similaires aient eu lieu régulièrement dans notre atmosphère ou même ailleurs. Cela ne prouve pas que le LHC est dangereux, loin de là. Mais cela montre que l'assurance de sécurité standard n'est pas aussi étanche que les physiciens des particules voudraient nous le faire croire. S'il y a des doutes sur cette assurance, ils doivent être résolus. Le CERN n'a pas répondu à cette préoccupation ni à aucune des autres qui sont apparues depuis la publication de son rapport de sécurité initial. Ce n'est pas vraiment surprenant : il a un intérêt évident pour le LHC. Mais cette situation ne peut pas perdurer. C'est pourquoi la sécurité du LHC doit être examinée par un groupe indépendant de scientifiques ayant une formation en analyse des risques, mais n'ayant aucun lien professionnel ou financier avec le CERN. La mise à niveau proposée du LHC offre l'opportunité parfaite

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Message d'origine

Cela fait maintenant 10 ans que les physiciens ont évoqué pour la première fois la possibilité que les accélérateurs de particules sur Terre puissent produire des trous noirs microscopiques. Ce phénomène a d'abord semblé extrêmement excitant car il laissait entrevoir une manière dont les scientifiques pourraient tester leurs idées sur la gravité quantique, la théorie qui réconcilie la mécanique quantique avec la relativité générale. .

Depuis lors, une grande partie de l'excitation s'est éteinte. Il s'avère que l'énergie requise pour créer ces objets dépasse largement ce qui est possible dans les accélérateurs les plus puissants du monde et, en effet, est bien plus que ce qui est trouvé dans le rayon cosmique le plus puissant jamais enregistré.

Il existe cependant diverses failles qui permettent aux micro-trous noirs de se former à des énergies plus basses. Le plus largement discuté est la possibilité que l'univers ait des dimensions supplémentaires à des échelles microscopiques qui affaiblissent considérablement la gravité à ce niveau. Ces dimensions devraient fonctionner à une échelle supérieure à 10^-19 mètres pour permettre aux trous noirs microscopiques de se former plus facilement.

Mais là encore, l'évidence vient contraindre cette idée. L'accélérateur le plus puissant au monde, le Large Hadron Collider, fonctionne depuis environ un an et n'a jusqu'à présent pas réussi à produire des trous noirs avec des masses allant jusqu'à 4,5 TeV. Cela signifie que toutes les dimensions supplémentaires doivent être inférieures à 10^-12 mètres.

Néanmoins, des trous noirs pourraient encore être produits au LHC à un rythme d'environ 100 par an. Mais comment les repérer ?

Aujourd'hui, Marcus Bleicher de l'Institut d'études avancées de Francfort en Allemagne et quelques amis décrivent certains des problèmes ouverts concernant la production et la détection de trous noirs au LHC, en supposant que cela se produise.

Ces gars supposent qu'après la formation des trous noirs microscopiques, ils passeraient par quatre phases. Il y a d'abord la phase de calvitie dans laquelle le trou arrière nouvellement formé évolue d'un objet hautement asymétrique à un objet plus symétrique, se débarrassant de son asymétrie par le rayonnement gravitationnel.

Dans la deuxième phase, appelée phase de spin-down, le trou noir perd de la masse et du moment angulaire en émettant un rayonnement de Hawking. La troisième, la phase de Schwarzschild, le trou noir devient sphérique et le taux de perte de masse ralentit. Et dans la phase finale de Planck, le trou noir disparaît.

Parmi ces phases, seule la phase de Schwarzschild est comprise en détail principalement en raison de la symétrie impliquée. Les autres phases sont mal comprises, en particulier la phase de Planck qui ne peut être décrite qu'en termes de gravité quantique, qui est elle-même une idée non testée.

Une chose qui pourrait aider à clarifier bon nombre de ces questions est plus de données et la possibilité d'une mise à niveau du LHC à un moment donné dans le futur.

Le gorille de 800 livres dans tout cela est la sécurité de ce genre d'expériences. Il existe une croyance répandue dans la communauté de la physique des particules que la production de trous noirs est une procédure à risque zéro. En effet, les physiciens des particules ne tolèrent aucune discussion sur ce sujet et Bleicher and co n'en parlent pas.

En revanche, ils soulignent que la physique impliquée est hautement spéculative. En effet, ce qui les intéresse, c'est la possibilité que ces processus révèlent une nouvelle physique au-delà de notre compréhension actuelle de l'univers. C'est difficile à concilier avec les assurances catégoriques que le public a reçues sur la sécurité.

Il y a peu de confiance à tirer des évaluations de sécurité qui ont été menées dans le passé. À la fin des années 90, une lettre d'un lecteur en Scientifique américain a soulevé la question de savoir si le collisionneur d'ions lourds relativistes (RHIC) alors en construction au laboratoire national de Brookhaven, pourrait produire des trous noirs qui pourraient détruire la planète.

En conséquence, le directeur de Brookhaven a commandé un rapport à quatre physiciens sur la sécurité de la machine. Ce rapport a conclu que la probabilité de catastrophe était de 2 x 10^-4, décrivant cela comme une marge d'erreur confortable. Un autre rapport d'un groupe de physiciens du CERN est arrivé à la conclusion extrêmement prudente [qu'] il est sûr de faire fonctionner le RHIC pendant 500 millions d'années.

Ces documents ont été largement utilisés à l'époque pour rassurer le public et pourtant tous deux se sont avérés plus tard contenir de graves erreurs. La marge d'erreur confortable est en fait une chance sur 5 000, ce qui n'est pas une chance que la plupart des gens considéreraient comme confortable. Lorsque cela a été signalé, l'équipe a révisé ses chiffres en ajoutant un autre zéro sur le nombre, ce qui en fait une chance sur 50 000, ajoutant que nous n'essayons pas de décider quelle est une limite supérieure acceptable sur [la probabilité d'une catastrophe].

Le groupe CERN avait lui aussi falsifié ses chiffres. Il s'est avéré que leurs calculs suggéraient simplement qu'il y avait une faible probabilité que la Terre soit détruite très tôt dans une course au RHIC. En fait, leurs calculs étaient cohérents avec une forte probabilité de destruction planétaire à long terme.

Aucune de ces erreurs n'a été largement signalée.

Juste avant la mise en route du LHC, le CERN a commandé son propre rapport sur la sécurité de ce qui est aujourd'hui l'accélérateur le plus puissant du monde. Ce rapport a conclu que la machine était sûre.

Une question importante est de savoir quelle confiance le public devrait accorder à ce rapport. Il y a plusieurs raisons d'être prudent, notamment les erreurs qui sont apparues dans les évaluations précédentes.

Tout aussi grave est le fait que le rapport a été rédigé par cinq employés du CERN qui se sont appuyés sur le travail scientifique d'un autre employé du CERN et d'un scientifique avec un poste de visiteur en attente à l'organisation.

Il s'agit de personnes dont toute la carrière et les moyens de subsistance dépendaient de la mise en marche du LHC. Avec la meilleure volonté du monde, il est difficile de voir en quoi c'était un choix judicieux.

Depuis lors, le débat a évolué, avec un certain nombre de nouvelles préoccupations concernant la sécurité. Nous avons couvert cela dans ce blog à plusieurs reprises. Ces préoccupations n'ont pas encore été traitées.

Ce qu'il faut, bien sûr, c'est que la sécurité du LHC soit étudiée par une équipe indépendante de scientifiques possédant une solide expérience en analyse des risques, mais sans aucun lien professionnel ou financier avec le CERN. Une équipe compétente pourrait sûrement être constituée même si cette condition exclurait probablement la plupart des physiciens des particules.

On parle maintenant d'un Mise à niveau du LHC d'augmenter la luminosité et l'énergie de la machine à environ 16,5 TeV. La sécurité devrait être un élément central de ces plans et pourtant, ce n'est pas le cas. Le public devrait exiger de savoir pourquoi.

Réf : arxiv.org/abs/1111.0657 : Micro trous noirs dans le laboratoire

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