Seguridad de los experimentos de colisión de partículas de alta energía
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La seguridad de las colisiones de partículas de alta energía fue un tema de amplio debate e interés durante la época en que se construyeron y pusieron en marcha el Colisionador Relativista de Iones Pesados (RHIC) y, más tarde, el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), actualmente el acelerador de partículas más grande y potente del mundo. Surgió la preocupación de que estos experimentos de alta energía -diseñados para producir nuevas partículas y formas de materia- pudieran crear estados nocivos de la materia o incluso escenarios catastróficos. Las acusaciones aumentaron a medida que se acercaba la puesta en marcha del LHC, entre 2008 y 2010. Entre los peligros alegados figuraban la producción de microagujeros negros estables y la creación de partículas hipotéticas denominadas strangelets,[1] y estas cuestiones se analizaron en los medios de comunicación, en Internet y, en ocasiones, en los tribunales.
Para hacer frente a estas preocupaciones en el contexto del LHC, el CERN encargó a un grupo de científicos independientes que revisara estas hipótesis. En un informe publicado en 2003, llegaron a la conclusión de que, al igual que los actuales experimentos de partículas como el RHIC, las colisiones de partículas del LHC no suponen ninguna amenaza concebible.[2] En 2008 se publicó una segunda revisión de las pruebas encargada por el CERN. El informe, preparado por un grupo de físicos afiliados al CERN pero no implicados en los experimentos del LHC, reafirmó la seguridad de las colisiones del LHC a la luz de las nuevas investigaciones realizadas desde la evaluación de 2003.[3][4]Fue revisado y aprobado por un comité del CERN de 20 científicos externos y por el Comité Ejecutivo de la División de Partículas y Campos de la Sociedad Americana de Física,[5][6]y posteriormente fue publicado en el Journal of Physics G por el Instituto de Física del Reino Unido, que también aprobó sus conclusiones.[3][7]
El informe descartaba cualquier escenario catastrófico en el LHC, señalando que las condiciones físicas y los eventos de colisión que existen en el LHC, el RHIC y otros experimentos ocurren de forma natural y rutinaria en el universo sin consecuencias peligrosas,[3]incluyendo los rayos cósmicos de ultra alta energía observados que impactan en la Tierra con energías muy superiores a las de cualquier colisionador hecho por el hombre.
Ejemplos de colisionadores
Los colisionadores de partículas son un tipo de acelerador de partículas utilizado por los físicos como herramienta de investigación para comprender aspectos fundamentales del universo. El análisis de los subproductos de estas colisiones proporciona a los científicos pruebas fehacientes de la estructura del mundo subatómico y de las leyes de la naturaleza que lo rigen. Éstas sólo se manifiestan a altas energías y durante periodos de tiempo muy breves, por lo que pueden ser difíciles o imposibles de estudiar por otros medios.
Debido a los altos niveles de energía implicados, a veces ha surgido en la opinión pública la preocupación de si estas colisiones son seguras o si, debido a su extrema energía, podrían desencadenar problemas o consecuencias imprevistas.
Las preocupaciones se hicieron notar durante la construcción del Gran Colisionador de Hadrones (LHC), que comenzó a funcionar en 2008, es el complejo acelerador de partículas más grande y de mayor energía del mundo, destinado a colisionar haces opuestos de protones o núcleos de plomo con una energía cinética muy elevada.[8][9]Fue construido por la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) cerca de Ginebra, en Suiza. El objetivo principal del LHC es explorar la validez y las limitaciones del Modelo Estándar, el actual marco teórico de la física de partículas. Las primeras colisiones de partículas en el LHC tuvieron lugar poco después de su puesta en marcha, en noviembre de 2009, a energías de hasta 1,2 TeV por haz.[10]El 30 de marzo de 2010 se produjeron las primeras colisiones previstas entre dos haces de 3,5 TeV, que establecieron otro nuevo récord mundial de colisiones de partículas artificiales de mayor energía.[11]En 2012 la energía del haz se incrementó a 4 TeV, tras las actualizaciones de 2013 y 2014 las colisiones de 2015 y 2016 se produjeron a una energía de 6,5 TeV por protón.[12]
Preocupaciones similares se habían planteado anteriormente en el contexto del Colisionador Relativista de Iones Pesados, con Frank Close, profesor de física de la Universidad de Oxford, comentando en ese momento que "la posibilidad de [creación de strangelet] es como ganar el premio mayor de la lotería 3 semanas seguidas; el problema es que la gente cree que es posible ganar la lotería 3 semanas seguidas".[13]
Colisionador Relativista de Iones Pesados
En relación con el acelerador de partículas RHIC surgieron preocupaciones sobre posibles consecuencias adversas.[14][15][16][17]Tras estudios detallados, los científicos llegaron a conclusiones como que "más allá de toda duda razonable, los experimentos con iones pesados en el RHIC no pondrán en peligro nuestro planeta"[18] y que existen "poderosas pruebas empíricas contra la posibilidad de una peligrosa producción de strangelets".[19]
Antes de que el Colisionador Relativista de Iones Pesados comenzara a funcionar, los críticos postulaban que la energía extremadamente alta podría producir escenarios catastróficos, como la creación de un agujero negro, una transición a un vacío mecánico cuántico diferente (véase falso vacío),[20] o la creación de materia extraña más estable que la materia ordinaria. Estas hipótesis son complejas, pero muchas predicen que la Tierra se destruiría en un lapso de tiempo que oscila entre segundos y milenios, dependiendo de la teoría considerada. Sin embargo, el hecho de que los objetos del sistema solar (por ejemplo, la Luna) hayan sido bombardeados durante miles de millones de años con partículas cósmicas de energías significativamente superiores a la del RHIC y otros colisionadores creados por el hombre, sin ningún daño para el sistema solar, fue uno de los argumentos más llamativos de que estas hipótesis carecían de fundamento.[19]
El otro gran tema de controversia fue la exigencia de los críticos de que los físicos excluyeran razonablemente la probabilidad de que se produjera tal escenario catastrófico. Los físicos son incapaces de demostrar las limitaciones experimentales y astrofísicas de la probabilidad cero de sucesos catastróficos, ni que mañana la Tierra sea golpeada por un rayo cósmico del "día del juicio final" (sólo pueden calcular un límite superior para la probabilidad). El resultado serían los mismos escenarios destructivos descritos anteriormente, aunque obviamente no causados por el ser humano. Según este argumento de los límites superiores, el RHIC seguiría modificando la posibilidad de supervivencia de la Tierra en una cantidad infinitesimal.
En relación con el acelerador de partículas RHIC, tanto los medios de comunicación[21][22]como los medios de divulgación científica expresaron su preocupación[16][17] Martin Rees indicó que el riesgo de un escenario catastrófico en relación con el RHIC era de al menos una posibilidad entre 50 millones.[23]Con respecto a la producción de strangelets, Frank Close, profesor de física de la Universidad de Oxford, indica que "la probabilidad de que esto ocurra es como si te tocara el premio gordo de la lotería 3 semanas seguidas; el problema es que la gente cree que es posible ganar la lotería 3 semanas seguidas"[13]Tras estudios detallados, los científicos llegaron a conclusiones como que "más allá de toda duda razonable, los experimentos con iones pesados en el RHIC no pondrán en peligro nuestro planeta"[18] y que existen "poderosas pruebas empíricas contra la posibilidad de una peligrosa producción de strangelets".[19]
Historia del debate
El debate comenzó en 1999 con un intercambio de cartas en Scientific American entre Walter L. Wagner[16]y F. Wilczek,[17] en respuesta a un artículo anterior de M. Mukerjee.[24]La atención de los medios de comunicación se desplegó con un artículo en el U.K. Sunday Times del 18 de julio de 1999 por J. Leake,[25] seguido de cerca por artículos en los medios de comunicación estadounidenses.[26] La controversia terminó en su mayor parte con el informe de un comité convocado por el director del Laboratorio Nacional de Brookhaven, J.[19] Sin embargo, el informe dejaba abierta la posibilidad de que los productos de impacto de rayos cósmicos relativistas pudieran comportarse de forma diferente al transitar por la Tierra en comparación con los productos "en reposo" del RHIC; y la posibilidad de que la diferencia cualitativa entre las colisiones de protones de alta energía con la Tierra o la Luna pudiera ser diferente de las colisiones de oro contra oro en el RHIC. Posteriormente, Wagner intentó detener las colisiones a plena energía en el RHIC presentando demandas federales en San Francisco y Nueva York, pero sin éxito.[27] La demanda de Nueva York fue desestimada por el tecnicismo de que la demanda de San Francisco era el foro preferido. La demanda de San Francisco fue desestimada, pero con permiso para volver a presentarla si se desarrollaba y presentaba al tribunal información adicional.[28]
El 17 de marzo de 2005, la BBC publicó un artículo[29] en el que daba a entender que el investigador Horaţiu Năstase cree que se han creado agujeros negros en el RHIC. Sin embargo, los artículos originales de H. Năstase[30] y el artículo de New Scientist[31]citado por la BBC afirman que la correspondencia de la materia QCD densa y caliente creada en el RHIC con un agujero negro es sólo en el sentido de una correspondencia de la dispersión QCD en el espacio de Minkowski y la dispersión en el espacio AdS5 × X5 en AdS/CFT; en otras palabras, es similar matemáticamente. Por lo tanto, las colisiones RHIC podrían describirse mediante matemáticas relevantes para las teorías de la gravedad cuántica dentro de AdS/CFT, pero los fenómenos físicos descritos no son los mismos.
