Ogni volta che superiamo i confini della conoscenza, ci sono rischi e prospettive di ricompense. Ci sono molti rischi: non trovare nulla di nuovo, condurre un esperimento fallito o non funzionante, causare distruzione se le cose vanno male. Ma le ricompense possono essere enormi: nuove conoscenze, nuove tecnologie e scoperte per tutta la scienza umana.
Un luogo che incarna tutto questo è il Large Hadron Collider (LHC) al CERN, dove abbiamo iniziato a far collidere i protoni alle più alte energie mai raggiunte in un acceleratore di particelle. Un paio di anni fa, abbiamo battuto il vecchio record - 2 TeV (teraelectronvolt, o 1012 eV), stabilito dal Laboratorio Fermi - accelerando le particelle a 3,5 TeV e facendole collidere insieme, raggiungendo 7 TeV di energia totale. Questa scoperta non solo ci ha permesso non solo di creare un numero enorme di particelle fondamentali elusive (quark top, bosoni W e Z), ma anche di scoprire una particella fondamentale completamente nuova, l'ultima particella non scoperta del Modello Standard: il bosone di Higgs.
L'LHC aggiornato ci consente di guadagnare circa 13-14 TeV di energia totale. Se siamo fortunati, un numero impressionante di collisioni a queste energie, combinato con rivelatori incredibili, ci consentirà di creare e scoprire particelle mai viste prima in questo laboratorio. E, naturalmente, questo apre l'intera gamma di affermazioni incredibili (e completamente imbarazzanti), come:
"Gli scienziati del Large Hadron Collider sperano di essere presto in contatto con un UNIVERSO PARALLELO".
"Il Large Hadron Collider sfida la teoria del Big Bang".
"I giochi con l'Universo possono distruggerci: i buchi neri creati all'LHC ci inghiottiranno".
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E se le prime due sono completamente senza senso, informazioni scientifiche fuorvianti, la terza affermazione semina paura tra la popolazione, alzando la sua brutta testa ogni volta che l'LHC inizia a lavorare.
Da dove crescono le gambe di queste sciocchezze? Scopriamolo.
Esistono numerose teorie che prevedono l'esistenza di dimensioni extra. Non solo tre spaziali e uno temporale, che, come sappiamo, sono inerenti al nostro spazio-tempo quadridimensionale, ma anche almeno un'altra dimensione spaziale nel nostro Universo. E sebbene non possiamo accedere a queste dimensioni con le energie a nostra disposizione, si ritiene che su scale più piccole di quelle con cui ci siamo occupati - e corrispondono a energie superiori - queste dimensioni aggiuntive esistono.
E se queste dimensioni extra esistono, c'è anche la possibilità teorica che si possano creare minuscoli buchi neri microscopici!
Se lo avessimo fatto, avremmo compiuto un'incredibile impresa tecnologica e scientifica che cambierebbe per sempre il modo in cui pensiamo all'universo. Ma quando dici "buco nero", le persone istantaneamente (e non invano) immaginano un'immagine catastrofica di qualcosa che risucchia materia di qualsiasi tipo, divorando protoni, neutroni, elettroni del nostro mondo e distruggendo tutto e tutti.
Ma questo è impossibile per tre ragioni. Scopriamolo.
1. Se questi buchi neri in miniatura esistono, colpiscono la Terra per miliardi di anni e la Terra gira ancora
Naturalmente, non abbiamo mai creato prima d'ora particelle con questa energia in un ambiente di laboratorio. Ma ai livelli energetici più alti - energie più di cento milioni di volte (100.000.000) superiori a quelle con cui lavoriamo all'LHC - le particelle entrano in collisione con la Terra: si tratta di raggi cosmici che ci bombardano da tutte le direzioni cosmiche.
Questi buchi neri, se esistessero, bombarderebbero la Terra (e tutti i pianeti) nel corso della storia del nostro sistema solare, così come il sole, e non c'è nulla che indichi che qualsiasi corpo nel sistema solare sia diventato nero buco o è stato mangiato da esso.
E qui puoi discutere, dicono, questi oggetti si stanno muovendo troppo velocemente e quindi semplicemente volano attraverso la Terra, mangiando troppo poca materia per rimanere all'interno, e volano nello spazio intergalattico. In questo caso, il secondo motivo dovrebbe calmarti.
2. Se crei un buco nero in miniatura, si disintegrerà a causa delle radiazioni di Hawking e molto, molto rapidamente
Se ci sono dimensioni aggiuntive, si può presumere che possano essere di un certo tipo, consentendo (di nuovo, raramente, ma opportunamente) la formazione di buchi neri microscopici. Un tale buco nero avrà, nella migliore delle ipotesi, una massa equivalente all'energia di una collisione protone-protone, fino a 13-14 TeV. Secondo la formula E = mc2, ciò corrisponde a una massa di 5 x 10-20 grammi e, molto probabilmente, anche di meno.
Ma anche se hai dimensioni extra della scala giusta, e anche del tipo giusto, e crei questo buco nero, il problema rimane: sarà instabile. Grazie alle leggi della meccanica quantistica, questo buco nero decadrà nel processo della radiazione di Hawking. Per un buco nero con una massa di 5 x 10-20 grammi, il tempo di decadimento in tre dimensioni sarà di circa 10-83 secondi, è difficile persino chiamarlo esistenza. Affinché la fisica abbia un senso, ci vogliono almeno 10-43 secondi o più. Tradotto nella massa di un buco nero, deve pesare almeno 0,00002 grammi per avere una possibilità di esistenza.
In quattro dimensioni, tuttavia, specialmente se una "aggiuntiva" è grande, il tempo di decadimento sarà di 10-23 secondi. Ma per contrastare il previsto decadimento di questo buco nero in miniatura, è necessario eliminare le ben note leggi della fisica. E queste leggi sono così ben stabilite che non c'è la minima possibilità di confutarle - è come svegliarsi la mattina e vedere il sole sorgere a ovest.
Ma diciamo che ci sono nuove leggi della fisica che ancora non conosciamo, e questi buchi neri diventano improvvisamente stabili. Crei un buco nero, minuscolo, al centro della terra e non si disintegra. Ingoierà la Terra? E se è così, quanto velocemente? Questo ci porta alla terza e ultima condizione, e non dimentichiamolo: abbiamo già respinto due volte le leggi note della fisica per rendere possibile questa assurdità.
3. Puoi calcolare la velocità con cui un buco nero sta assorbendo la materia e non ti avvicinerai nemmeno alla durata del nostro pianeta
Siamo abituati a pensare che i buchi neri "succhiano" la materia, ma, in verità, possono interagire con essa solo gravitazionalmente. Con una massa di 5 x 10-20 grammi, questa forza gravitazionale sarà estremamente piccola: tutto ciò che può fare è attraversare il centro della Terra più e più volte, in attesa di una collisione con una particella elementare. Poiché la sezione trasversale del nostro buco nero è molto piccola e la sezione trasversale di un protone (o neutrone) è molto grande, si può presumere - per salvare l'argomento - che ogni volta che il buco nero si scontra, assorbirà un protone o un neutrone.
Supponendo che assorba ogni protone, neutrone o elettrone con cui entra in contatto - e tenendo conto della sua gravità per capire cosa attrae - assorbirà nell'ordine di 66.000 protoni e neutroni al secondo. Naturalmente, 66.000 protoni e neutroni sono piccole cose in termini di massa: 1,1 x 10-25 grammi. Questo tasso di crescita sarà costante finché il buco nero non sarà abbastanza grande; solo a una massa di un miliardo di tonnellate metriche un buco nero crescerà più velocemente all'aumentare della sua sezione trasversale. Catturando 66.000 nucleoni al secondo, quanto tempo pensi che impiegherà un buco nero per guadagnare un chilogrammo? Tre trilioni di anni. Durante questo periodo, il Sole si spegnerà, anche l'Universo non esiste molto.
Quindi, anche se crei un buco nero, e anche se le leggi della fisica sono sbagliate e il buco nero vivrà per sempre, sarà innocuo. Non importa quante leggi della fisica scartiamo, rivediamo o cambiamo, la Terra andrà comunque bene.
Quindi non aver paura. Cerchiamo di esplorare il mondo in modo completamente sicuro. Qualsiasi preoccupazione può essere dissipata: basta rivolgersi agli scienziati e chiedere. Neanche loro sono pazzi.
ILYA KHEL
