umělé černé díry

Foto: Ilustrační_geralt/Pixabay

Umělé černé díry, podivné částice a falešný rozpad vakua. Proč si lidé mysleli, že Velký hadronový urychlovač může zničit svět?

Ve fantasy filmech mnohdy „šílení“ vědci zničí svět. Jak daleko musí takový vědec zajít, aby své teorie předvedl v praxi? Když americký teoretický fyzik J. Robert Oppenheimer (1904–1967) v rámci projektu Manhattan provedl 16. července 1945 první úspěšný pokusný výbuch v Novém Mexiku, samotný vědec měl obavy, že zapálí atmosféru, což by pro lidstvo znamenalo fatální konec. 

Něco podobného vylekalo širokou i vědeckou společnost, když v CERNu přišli s nápadem pro výzkum v částicové fyzice. Jde o tzv. velký hadronový urychlovač. Netrvalo to dlouho, když v roce 2012, rovnou dva ze čtyř experimentů objevily Higgsův boson. Částici, která dává všem částicím hmotnost. Tedy i těm nehmotným.

Nehmotným? Tak přišla chvíle, kdy si malá skupina hlasitých lidí vštípila do hlavy, že LHC zničí svět. Netrvalo dlouho, co se tyto obavy dostaly do novin.

Nástup konspiračních teorií

LHC, který se nachází v podzemí na hranici mezi Francií a Švýcarskem a Relativistický urychlovač těžkých iontů (RHIC), se téměř přes noc staly předmětem těchto konspiračních teorií. Oba urychlovače urychlují částice na rychlost blízkou rychlosti světla, než je nechají narazit do sebe. A právě tato srážka vytváří nové částice. Zároveň také ukazuje silové interakce, podobné tomu, jak se choval vesmír v okamžiku Velkého třesku a a krátce po něm.

Odvážná tvrzení, která mění svět

Tvrzení, která v té či oné podobě stále existuje dodnes, je, že LHC a RHIC „něco“ vytvoří. Nejznámější myšlenkou bylo, že urychlovače částic vytvoří černou díru, která pohltí naši Zemi.

Další konspirací bylo, že spustí falešný vakuový rozpad, což povede ke konci samotného vesmíru. Třetí myšlenka zahrnuje vznik stabilních strangeletů, což jsou zvláštní částice, které obsahují podivný kvark. A právě kvark se z nějakého blíže neurčeného důvodu pro nás problémem.

Záhady bez záhad

Nejdříve si vyvrátíme záhadu s černými dírami. LHC dává částicím spoustu energie, ale ani zdaleka to pořád nestačí k vytvoření černé díry. Černá díra je objekt s neuvěřitelně vysokou hustotou, takže je potřeba do velmi malého prostoru vměstnat spoustu hmoty (nebo energie). LHC to ale nedokáže.

Některá rozšíření/alternativy ke Standardnímu modelu fyziky částic (podle našich současných nejlepších poznatků) naznačují, že urychlovač jako LHC by mohl produkovat jednu mikročernou díru za sekundu. Předpokládejme, že tomu tak skutečně je. Čím menší je černá díra, tím rychleji se vypařuje v důsledku ztráty Hawkingova záření. V podstatě by tyto hypotetické černé díry zmizely rychleji, než se objevily.

Teorie rozpadu falešného vakua je o něco zajímavější. Je to fascinující hypotéza, že vesmír se nenachází ve svém nejnižším možném energetickém stavu. To znamená, že vesmír v dnešní podobě je pouze metastabilní a existuje i jeho stabilnější verze. Pokud by jakákoli část vesmíru dosáhla této skutečně stabilní konfigurace (skutečného vakua), byl by celý vesmír odsouzen ke změně, čímž by skončila existence celého kosmu, tak jak ho známe.

Jak je na tom skutečná fyzika

RHIC i CERN se těmito tvrzeními zabývaly a brali je velmi vážně. CERN si nechal vypracovat dvě zprávy o bezpečnosti urychlovačů částic, z nichž obě shledaly, že ohledně těchto urychlovačů částic doslova neexistují žádné obavy. To však nezabránilo propagátorům „tvrzení o nebezpečnosti“ v podání právních námitek a v pořádání protestů proti aktivaci LHC.

Mohli bychom se podrobně zabývat každým tvrzením a vyvrátit ho, ale existuje jednoduchá pravda, která by měla být přesvědčivá. A to, že tato tvrzení jsou nesmyslná. Příroda je schopná produkovat mnohem energetičtější částice než vědci a přitom je neustále vrhá na Zemi. Mluvíme tady o kosmickém záření s ultravysooui energií, která způsobuje, že zrychlení, kterého jsou vědci schopni dosáhnout v CERNu, vypadá jako dětská hračka.

Vezměme si KM3-230213A, nejenergetičtější neutrino, jaké kdy bylo detekováno a o kterém se předpokládá, že souvisí s nejaktivnější supermasivní černou dírou. Jeho energie byla 100 000krát vyšší než energie částic, se kterými se srážíme v LHC. Pokud by samotné zrychlení částic mohlo způsobit konec světa, měly by se naše obavy zaměřit na vesmír, nikoli na podzemí ve Švýcarsku.

Jak funguje Velký hadronový urychlovač?

„Velký hadronový urychlovač je stroj o délce 27 kilometrů. Nachází se asi 100 metrů pod zemí a je naplněn protony pocházejícími z řetězce injektorů,“ říká Rende Steerenberg, muž, který mačká tlačítko, aby spistil LHC.

Než se tyto protony dostanou do LHC, musí být zrychlené jinými menšími urychlovači. Silné magnety tlačí rychlost těchto částic blíže a blíže k rychlosti světla, než vstoupí do hlavního prstence LHC, kde urazí oněch 27 kilometrů rychlostí 99,9999991 procenta rychlosti světla.

Protony následně cirkulují ve dvou opačných směrech prstence a pak se tyto protony srazí ve čtyřech bodech prstence. Umístění těchto čtyř bodů představuje čtyři experimenty. ATLAS a CMS jsou víceúčelové. Mají zjistit, jaké částice vznikají při srážkách. ALICE funguje podobně jako RHIC a studuje srážky mezi ionty olova, které napodobují podmínky blízké Velkému třesku a také vyvolávají téměř alchymistickou přeměnu olova na zlato. V neposlední řadě je tu LHCb, který se snaží pochopit, proč je vesmír tvořen hmotou a ne antihmotou, a to hledáním anomálií mezi těmito dvěma proměnnými.

LHC brzy projde rozsáhlou modernizací, protože se připravuje na fázi Hi-Lumi, kde bude schopny produkovat mnohem více srážek a dále rozšiřovat to, co je již vědcům známé. Takže „nesmyslná“ tvrzení se jistě vrátí. LHC ale funguje už téměř dvacet let a lidstvo je stále tady. takže, stojí to opravdu za to ochuzovat se o spánek kvůli „nebezpečí“ částicové fyziky?

Zdroje: Bezpečnost srážek na Velkém hadronovém urychlovači (LHC) https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0954-3899/35/11/115004/pdf, Wikipedia – viz. odkazy v textu