Tengo una pregunta sobre los desintegradores de átomos en los aceleradores. ¿Cómo pueden estar seguros los científicos que realizan estos experimentos de que al romper átomos no estarán produciendo el efecto de una bomba, con el consiguiente peligro potencial? Al fin y al cabo, no conocen los resultados de los experimentos, ¿verdad?
Al fin y al cabo, los resultados, tal y como se anuncian en televisión, siempre parecen novedosos y suponen un gran avance.
Gracias por sus respuestas.
Las energías de las interacciones de los rayos cósmicos procedentes del espacio exterior en las capas superiores de la atmósfera son a veces muchos órdenes de magnitud superiores a las alcanzadas en el LHC. Por tanto, si algo adverso pudiera ocurrir a partir de tales experimentos, ya habría ocurrido en el cielo.
El LHC funciona a $\mathrm{13}$ $\mathrm{TeV}$ que está cerca de $2*10^{-6}$ $\mathrm{Joules}$ mientras que el rayo cósmico de mayor energía observado, el Oh-My-God particle tenía una energía de aproximadamente $51$ $\mathrm{Joules}$ .
Las respuestas dadas hasta ahora están muy simplificadas. Una de las teorías para las que se diseñó el LHC era la idea de que existían grandes dimensiones adicionales: https://en.wikipedia.org/wiki/Large_extra_dimensions . Si esta teoría hubiera sido correcta, el LHC habría producido agujeros negros microscópicos.
Un reaseguro falaz contra un mal resultado de la producción de estos agujeros negros es que las reacciones de los rayos cósmicos ya los habrían estado produciendo. En realidad, esto es erróneo, ya que las reacciones de rayos cósmicos producen productos con velocidades de retroceso muy grandes, por lo que los agujeros negros producidos en tales reacciones habrían volado inofensivamente (pasando a través de la Tierra en los casos en que esa fuera la dirección de vuelo). En las colisiones del LHC, una cierta fracción de las colisiones dan lugar a productos cuyas velocidades son lo suficientemente bajas como para no moverse a velocidad de escape de la Tierra.
Un argumento mejor es que, basándonos en el funcionamiento de la mecánica cuántica, estamos bastante seguros de que si una reacción puede producir agujeros negros con una sección transversal decente, entonces esos mismos agujeros negros también deberían decaer bastante rápido. Pero esto era un poco arriesgado, porque no hay pruebas directas de que los agujeros negros obedezcan las leyes de la mecánica cuántica tal y como están formuladas actualmente, y de hecho hay razones para creer que la relatividad general es incompatible con nuestra comprensión actual de la mecánica cuántica.
No puedo encontrar la referencia ahora, pero había un largo artículo escrito sobre esto antes de que el LHC se pusiera en marcha. Recuerdo que los mejores argumentos y los más independientes del modelo se basaban en el hecho de que las enanas blancas (a diferencia de la Tierra) habrían sido destruidas por cualquier agujero negro no en descomposición producido por rayos cósmicos de alta energía. Creo que el razonamiento era bastante intrincado y dependía en cierta medida de las estimaciones de la velocidad a la que los agujeros negros microscópicos devorarían diversas formas de materia (supongo que materia degenerada de enana blanca), y estas estimaciones dependían a su vez del número de dimensiones adicionales hipotetizadas.
Para tratar de dar un poco más de detalle que la otra respuesta - la energía de un solo protón en un "destrozador de átomos" como el LHC es menor que la energía cinética de un mosquito volador típico:
https://www.lhc-closer.es/taking_a_closer_look_at_lhc/0.energy
Por supuesto, el truco está en que la energía del mosquito se distribuye entre sus $\sim 10^{23}$ otras moléculas, en lugar de centrarse en un solo átomo, como en el LHC.
Además, las interacciones que se producen durante la colisión no son el mismo tipo de reacciones que se producen en algo como un arma nuclear. En esas armas, se requiere algún tipo de efecto cascada: aproximadamente, cada desintegración atómica produce más decae, por lo que el efecto es explosivo. Esto se ve facilitado por un material de densidad relativamente alta (por lo que hay más núcleos alrededor para desintegrarse). Esto es lo contrario que ocurre en el LHC, en el que la densidad es muy baja - como 1 o varias interacciones protón-protón a la vez.
De hecho, existen hipotéticos peligros derivados de estos experimentos de alta energía. Por ejemplo, ya que crean alta energía densidad situaciones, en principio podrían formarse cosas como Agujeros Negros. Sin embargo, como la energía sigue siendo relativamente pequeña, estos agujeros negros serían microscópicos y no supondrían ningún peligro para los experimentadores ni para el mundo:
https://angelsanddemons.web.cern.ch/faq/black-hole.html
En realidad, sería un increíble ¡logro científico si pudiéramos producir un agujero negro cuántico así!
Además de los otros puntos, añadiría que la naturaleza es un acelerador de partículas mucho más potente que cualquier cosa que podamos manejar. Los rayos cósmicos más energéticos jamás observados han tenido una energía superior al un millón de veces más grande que el máximo alcanzado en el LHC. Las partículas con este nivel de energía son raras, pero dado que hemos visto varias de ellas a lo largo del limitado tiempo y espacio que hemos podido rastrear, es una apuesta segura que la Tierra ha sido golpeada por muchas a lo largo de la historia humana, sabríamos si estuvieran causando algo dramático a macroescala.
Para más información, consulte este bonito resumen por el propio CERN.
Edito: Hritik Narayan ha posteado al mismo tiempo que yo escribía esto con una respuesta similar.
Las energías implicadas en el "aplastamiento" de átomos es mayor para un átomo , pero nada comparado con la energía de una bomba ordinaria. Do zur Energie liberada por un átomo rápido es menor que lo que se necesitaría para calentar 1mg de agua 1°K. El único daño posible es para las personas que se quedan demasiado cerca de la rotura, pero nadie está autorizado en la región peligrosa.
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