Cách hoạt động của Máy va chạm Hadron Lớn

Một trăm mét (hoặc khoảng 328 feet) dưới lòng đất, bên dưới biên giới giữa Pháp và Thụy Sĩ, có một cỗ máy hình tròn có thể tiết lộ cho chúng ta những bí mật của vũ trụ. Hoặc, theo một số người, nó có thể hủy diệt tất cả sự sống trên Trái đất . Bằng cách này hay cách khác, nó là cỗ máy lớn nhất thế giới và nó sẽ kiểm tra những hạt nhỏ nhất của vũ trụ. Đó là Máy va chạm Hadron Lớn (LHC) .

LHC là một phần của dự án do Tổ chức Nghiên cứu Hạt nhân Châu Âu, còn được gọi là CERN , chỉ đạo . LHC tham gia tổ hợp máy gia tốc của CERN bên ngoài Geneva, Thụy Sĩ. Khi nó được bật, LHC sẽ phóng các chùm proton và ion với vận tốc gần bằng tốc độ ánh sáng . LHC sẽ làm cho các chùm tia va chạm với nhau, và sau đó ghi lại các sự kiện kết quả do va chạm gây ra. Các nhà khoa học hy vọng rằng những sự kiện này sẽ cho chúng ta biết nhiều hơn về cách vũ trụ bắt đầu và những gì nó được tạo thành.

LHC là máy gia tốc hạt mạnh mẽ và tham vọng nhất được chế tạo cho đến nay. Hàng nghìn nhà khoa học từ hàng trăm quốc gia đang làm việc cùng nhau - và cạnh tranh với nhau - để đưa ra những khám phá mới. Sáu địa điểm dọc theo chu vi của LHC thu thập dữ liệu cho các thí nghiệm khác nhau. Một số thí nghiệm này trùng lặp và các nhà khoa học sẽ cố gắng trở thành người đầu tiên khám phá ra thông tin mới quan trọng.

Mục đích của Máy va chạm Hadron Lớn là nâng cao hiểu biết của chúng ta về vũ trụ. Mặc dù những khám phá mà các nhà khoa học sẽ tạo ra có thể dẫn đến các ứng dụng thực tế trong tương lai, nhưng đó không phải là lý do hàng trăm nhà khoa học và kỹ sư xây dựng LHC. Đó là một cỗ máy được chế tạo để nâng cao hiểu biết của chúng ta. Xem xét LHC tiêu tốn hàng tỷ đô la và đòi hỏi sự hợp tác của nhiều quốc gia, việc không có ứng dụng thực tế có thể gây ngạc nhiên.

Các nhà khoa học hy vọng sẽ tìm thấy gì bằng cách sử dụng LHC? Hãy đọc để tìm hiểu.

­

­

Nội dung

1. LHC đang tìm kiếm điều gì?
2. LHC Research: Điều kỳ lạ
3. LHC theo số
4. LHC: Đập vỡ các proton
5. Máy dò LHC
6. Tính toán dữ liệu LHC
7. LHC sẽ hủy diệt thế giới?

Trong nỗ lực tìm hiểu vũ trụ của chúng ta, bao gồm cách thức hoạt động và cấu trúc thực tế của nó, các nhà khoa học đã đề xuất một lý thuyết gọi là mô hình chuẩn . Lý thuyết này cố gắng xác định và giải thích các hạt cơ bản tạo nên vũ trụ như thế nào. Nó kết hợp các yếu tố từ thuyết tương đối của Einstein với thuyết lượng tử . Nó cũng đề cập đến ba trong bốn lực cơ bản của vũ trụ: lực hạt nhân mạnh , lực hạt nhân yếu và lực điện từ . Nó không đề cập đến các tác động của lực hấp dẫn , lực cơ bản thứ tư.

Mô hình Chuẩn đưa ra một số dự đoán về vũ trụ, nhiều dự đoán trong số đó dường như đúng theo các thí nghiệm khác nhau. Nhưng có những khía cạnh khác của mô hình vẫn chưa được chứng minh. Một trong số đó là hạt lý thuyết được gọi là hạt boson Higgs .

Hạt boson Higgs có thể trả lời các câu hỏi về khối lượng. Tại sao vật chất có khối lượng? Các nhà khoa học đã xác định được các hạt không có khối lượng, chẳng hạn như neutrino . Tại sao một loại hạt phải có khối lượng và loại hạt khác lại thiếu nó? Các nhà khoa học đã đề xuất nhiều ý tưởng để giải thích sự tồn tại của khối lượng. Đơn giản nhất trong số này là cơ chế Higgs. Lý thuyết này nói rằng có thể có một hạt và một lực trung gian tương ứng sẽ giải thích tại sao một số hạt có khối lượng. Hạt lý thuyết chưa bao giờ được quan sát và thậm chí có thể không tồn tại. Một số nhà khoa học hy vọng các sự kiện do LHC tạo ra cũng sẽ khám phá ra bằng chứng về sự tồn tại của hạt boson Higgs. Những người khác hy vọng rằng các sự kiện sẽ cung cấp gợi ý về thông tin mới mà chúng tôi thậm chí chưa xem xét.

Một câu hỏi khác mà các nhà khoa học đặt ra về vật chất liên quan đến các điều kiện ban đầu trong vũ trụ. Trong những khoảnh khắc đầu tiên của vũ trụ, vật chất và năng lượng được kết hợp với nhau. Ngay sau khi vật chất và năng lượng tách ra, các hạt vật chất và phản vật chất tiêu diệt lẫn nhau. Nếu có một lượng vật chất và phản vật chất bằng nhau, hai loại hạt sẽ loại bỏ nhau. Nhưng may mắn thay cho chúng ta, có một chút vật chất hơn phản vật chất trong vũ trụ. Các nhà khoa học hy vọng rằng họ sẽ có thể quan sát phản vật chất trong các sự kiện LHC. Điều đó có thể giúp chúng ta hiểu tại sao lại có sự khác biệt rất nhỏ về lượng vật chất so với phản vật chất khi vũ trụ bắt đầu.

Vật chất tối cũng có thể đóng một vai trò quan trọng trong nghiên cứu LHC. Sự hiểu biết hiện tại của chúng ta về vũ trụ cho thấy rằng vật chất mà chúng ta có thể quan sát chỉ chiếm khoảng 4% tổng số vật chất phải tồn tại. Khi nhìn vào chuyển động của các thiên hà và các thiên thể khác, chúng ta thấy rằng chuyển động của chúng cho thấy có nhiều vật chất trong vũ trụ hơn chúng ta có thể phát hiện được. Các nhà khoa học đặt tên cho vật chất không thể phát hiện này là vật chất tối. Cùng với nhau, vật chất quan sát được và vật chất tối có thể chiếm khoảng 25% vũ trụ. Ba phần tư còn lại sẽ đến từ một lực gọi là năng lượng tối, một năng lượng giả định góp phần vào sự giãn nở của vũ trụ. Các nhà khoa học hy vọng rằng các thí nghiệm của họ sẽ cung cấp thêm bằng chứng về sự tồn tại của vật chất tối và năng lượng tối hoặc cung cấp bằng chứng có thể hỗ trợ một lý thuyết thay thế.

Tuy nhiên, đó chỉ là phần nổi của tảng băng vật lý hạt . Thậm chí còn có những điều kỳ lạ và phản trực giác hơn mà LHC có thể xuất hiện. Như thế nào? Tìm hiểu trong phần tiếp theo.

Vụ nổ lớn trên quy mô nhỏ

Bằng cách đập các proton lại với nhau đủ mạnh và nhanh, LHC sẽ khiến các proton tách ra thành các tiểu hạt nguyên tử nhỏ hơn . Những hạt con nhỏ bé này rất không ổn định và chỉ tồn tại trong một phần giây trước khi phân rã hoặc tái kết hợp với các hạt con khác. Nhưng theo lý thuyết Vụ nổ lớn , tất cả vật chất trong vũ trụ sơ khai đều bao gồm những tiểu hạt nhỏ bé này. Khi vũ trụ giãn nở và nguội đi, các hạt này kết hợp với nhau để tạo thành các hạt lớn hơn như proton và neutron.

Nếu các hạt lý thuyết, phản vật chất và năng lượng tối không đủ khác thường, thì một số nhà khoa học tin rằng LHC có thể phát hiện ra bằng chứng về các chiều không gian khác. Chúng ta đã quen sống trong một thế giới bốn chiều - ba chiều không gian và thời gian. Nhưng một số nhà vật lý đưa ra giả thuyết rằng có thể có những chiều không gian khác mà chúng ta không thể nhận thức được. Một số lý thuyết chỉ có ý nghĩa nếu có thêm một số chiều trong vũ trụ. Ví dụ, một phiên bản của lý thuyết dây yêu cầu sự tồn tại của không ít hơn 11 chiều.

Các nhà lý thuyết dây hy vọng LHC sẽ cung cấp bằng chứng hỗ trợ mô hình vũ trụ được đề xuất của họ. Lý thuyết dây nói rằng khối xây dựng cơ bản của vũ trụ không phải là một hạt, mà là một chuỗi. Chuỗi có thể là mở kết thúc hoặc đóng. Chúng cũng có thể rung, tương tự như cách các dây đàn guitar rung khi gảy. Các rung động khác nhau làm cho các dây có vẻ khác nhau. Một sợi dây dao động một chiều sẽ xuất hiện dưới dạng một electron. Một sợi dây khác rung động theo cách khác sẽ là một hạt neutrino.

Một số nhà khoa học đã chỉ trích lý thuyết dây, nói rằng không có bằng chứng nào chứng minh cho lý thuyết này. Lý thuyết dây kết hợp lực hấp dẫn vào mô hình chuẩn - điều mà các nhà khoa học không thể làm được nếu không có lý thuyết bổ sung. Nó dung hòa Thuyết tương đối rộng của Einstein với Thuyết Trường lượng tử . Nhưng vẫn không có bằng chứng nào về những chuỗi này tồn tại. Chúng quá nhỏ để quan sát và hiện tại không có cách nào để kiểm tra chúng. Điều đó đã dẫn đến việc một số nhà khoa học coi lý thuyết dây giống như một triết học hơn là một khoa học.

Các nhà lý thuyết dây hy vọng rằng LHC sẽ thay đổi suy nghĩ của các nhà phê bình. Họ đang tìm kiếm các dấu hiệu của siêu đối xứng . Theo mô hình chuẩn, mọi hạt đều có phản hạt. Ví dụ, hạt phản đối với electron (hạt mang điện tích âm) là positron . Phép siêu đối xứng đề xuất rằng các hạt cũng có các chất siêu đối xứng , đến lượt chúng có các đối tác riêng của chúng. Điều đó có nghĩa là mỗi hạt đều có ba hạt phản. Mặc dù chúng ta chưa thấy bất kỳ dấu hiệu nào về những chất siêu đối tác này trong tự nhiên, nhưng các nhà lý thuyết hy vọng rằng LHC sẽ chứng minh chúng thực sự tồn tại. Về khả năng, siêu hạt có thể giải thích vật chất tối hoặc giúp điều chỉnh lực hấp dẫn vào mô hình tiêu chuẩn tổng thể.

­

LHC lớn như thế nào? Nó sẽ sử dụng bao nhiêu điện năng? Chi phí xây dựng là bao nhiêu? Tìm hiểu trong phần tiếp theo.

Tất cả mọi thứ bạn biết là sai

Nhiều nhà khoa học làm việc với dự án LHC sẵn sàng thừa nhận rằng họ không chắc điều gì sẽ xảy ra khi máy bắt đầu hoạt động. Đó là bởi vì chưa bao giờ có một máy gia tốc hạt nào mạnh như LHC. Điều tốt nhất mà bất kỳ nhà khoa học nào có thể làm là đưa ra một phỏng đoán có học thức. Một số nhà khoa học cũng tuyên bố rằng họ sẽ rất vui nếu bằng chứng LHC tạo ra trái ngược với mong đợi của họ, vì điều đó có nghĩa là sẽ còn nhiều điều để tìm hiểu.

Máy Va chạm Hadron Lớn là một cỗ máy khổng lồ và mạnh mẽ. Nó bao gồm tám ngành . Mỗi cung là một cung được giới hạn ở mỗi đầu bởi một phần được gọi là phần chèn . Chu vi của LHC đo được là 27 km (16,8 dặm) xung quanh. Các ống gia tốc và buồng va chạm nằm dưới lòng đất 100 mét (328 feet). Các nhà khoa học và kỹ sư có thể tiếp cận đường hầm dịch vụ mà máy móc đặt bằng cách đi xuống trong thang máy và cầu thang bộ nằm ở một số điểm dọc theo chu vi của LHC. CERN đang xây dựng các cấu trúc trên mặt đất, nơi các nhà khoa học có thể thu thập và phân tích dữ liệu mà LHC tạo ra.

LHC sử dụng nam châm để điều hướng các chùm proton khi chúng di chuyển với tốc độ 99,99% tốc độ ánh sáng . Các nam châm rất lớn, nhiều cục nặng vài tấn. Có khoảng 9.600 nam châm trong LHC. Các nam châm được làm lạnh đến 1,9 độ Kelvin (-271,25 độ C hoặc -456,25 độ F). Điều đó lạnh hơn chân không của không gian bên ngoài.

Nói về chân không, chùm proton bên trong LHC di chuyển qua các đường ống trong cái mà CERN gọi là "chân không siêu cao". Lý do tạo ra một chân không như vậy là để tránh đưa vào các hạt mà các proton có thể va chạm với nhau trước khi chúng đến các điểm va chạm thích hợp. Ngay cả một phân tử khí đơn lẻ cũng có thể khiến một thí nghiệm thất bại.

There are six areas along the circumference of the LHC where engineers will be able to perform experiments. Think of each area as if it were a microscope with a digital camera. Some of these microscopes are huge -- the ATLAS experiment is a device that is 45 meters (147.6 feet) long, 25 meters (82 feet) tall and weighs 7,000 tons (5,443 metric tons) [source: ATLAS].

The LHC and the experiments connected to it contain about 150 million sensors. Those sensors will collect data and send it to various computing systems. According to CERN, the amount of data collected during experiments will be about 700 megabytes per second (MB/s). On a yearly basis, this means the LHC will gather about 15 petabytes of data. A petabyte is a million gigabytes. That much data could fill 100,000 DVDs [source: CERN].

It takes a lot of energy to run the LHC. CERN estimates that the annual power consumption for the collider will be about 800,000 megawatt hours (MWh). It could have been much higher, but the facility will not operate during the winter months. According to CERN, the price for all this energy will be a cool 19 million Euros. That's almost $30 million per year in electricity bills for a facility that cost more than $6 billion to build [source: CERN]!­

­What exactly happens during an experiment? Keep reading to find out.

What's Cooler Than Being Cool?

Why cool the magnets down to just above the temperature of absolute zero? At that temperature, the electromagnets can operate without any electrical resistance. The LHC uses 10,800 tons (9,798 metric tons) of liquid nitrogen to cool the magnets down to 80 degrees Kelvin (-193.2 Celsius or -315.67 Fahrenheit). Then it uses about 60 tons (54 metric tons) of liquid helium to cool them the rest of the way [source: CERN].

The principle behind the LHC is pretty simple. First, you fire two beams of particles along two pathways, one going clockwise and the other going counterclockwise. You accelerate both beams to near the speed of light . Then, you direct both beams toward each other and watch what happens.

The equipment necessary to achieve that goal is far more complex. The LHC is just one part of the overall CERN particle accelerator facility. Before any protons or ions enter the LHC, they've already gone through a series of steps.

­Let's take a look at the life of a proton as it goes through the LHC process. First, scientists must strip electrons from hydrogen atoms to produce protons. Then, the protons enter the LINAC2, a machine that fires beams of protons into an accelerator called the PS Booster. These machines use devices called radio frequency cavities to accelerate the protons. The cavities contain a radio -frequency electric field that pushes the proton beams to higher speeds. Giant magnets produce the magnetic fields necessary to keep the proton beams on track. In car terms, think of the radio frequency cavities as an accelerator and the magnets as a steering wheel

­Once a beam of protons reaches the right energy level, the PS Booster injects it into another accelerator called the Super Proton Synchotron (SPS). The beams continue to pick up speed. By now, beams have divided into bunches. Each bunch contains 1.1 x 10¹¹ protons, and there are 2,808 bunches per beam [source: CERN]. The SPS injects beams into the LHC, with one beam traveling clockwise and the other going counterclockwise.

Inside the LHC, the beams continue to accelerate. This takes about 20 minutes. At top speed, the beams make 11,245 trips around the LHC every second. The two beams converge at one of the six detector sites positioned along the LHC. At that position, there will be 600 million collisions per second [source: CERN].

When two protons collide, they break apart into even smaller particles. That includes subatomic particles called quarks and a mitigating force called gluon. Quarks are very unstable and will decay in a fraction of a second. The detectors collect information by tracking the path of subatomic particles. Then the detectors send data to a grid of computer systems.

Not every proton will collide with another proton. Even with a machine as advanced as the LHC, it's impossible to direct beams of particles as small as protons so that every particle will collide with another one. Protons that fail to collide will continue in the beam to a beam dumping section. There, a section made of graphite will absorb the beam. The beam dumping sections are able to absorb beams if something goes wrong inside the LHC. To learn more about the mechanics behind particle accelerators, take a look at How Atom Smashers Work .

­The LHC has six detectors positioned along its circumference. What do these detectors do and how do they work? Find out in the next section.

More Particles

The events inside the LHC will also produce photons (the particles of light), positrons (anti-particles to electrons) and muons (negatively charged particles that are heavier than electrons).

The six areas along the circumference of the LHC that will gather data and conduct experiments are simply known as detectors. Some of them will search for the same kind of information, though not in the same way. There are four major detector sites and two smaller ones.

­The ­detector known as A Toroidal LHC ApparatuS (ATLAS) is the largest of the bunch. It measures 46 meters (150.9 feet) long by 25 meters (82 feet) tall and 25 meters wide. At its core is a device called the inner tracker. The inner tracker detects and analyzes the momentum of particles passing through the ATLAS detector. Surrounding the inner tracker is a calorimeter. Calorimeters measure the energy of particles by absorbing them. Scientists can look at the path the particles took and extrapolate information about them.

The ATLAS detector also has a muon spectrometer. Muons are negatively charged particles 200 times heavier than electrons. Muons can travel through a calorimeter without stopping -- it's the only kind of particle that can do that. The spectrometer measures the momentum of each muon with charged particle sensors. These sensors can detect fluctuations in the ATLAS detector's magnetic field.

The Compact Muon Solenoid (CMS) is another large detector. Like the ATLAS detector, the CMS is a general-purpose detector that will detect and measure the subparticles released during collisions. The detector is inside in a giant solenoid magnet that can create a magnetic field nearly 100,000 times stronger than the Earth's magnetic field [source: CMS].

Then there's ALICE, which stands for A Large Ion Collider Experiment. Engineers designed ALICE to study collisions between ions of iron. By colliding iron ions at high energy, scientists hope to recreate conditions similar to those just after the big bang. They expect to see the ions break apart into a quark and gluon mixture. A main component of ALICE is the Time Projection Chamber (TPC), which will examine and reconstruct particle trajectories. Like the ATLAS and CMS detectors, ALICE also has a muon spectrometer.

Next is the Large Hadron Collider beauty (LHCb) detector site. The purpose of the LHCb is to search for evidence of antimatter. It does this by searching for a particle called the beauty quark. A series of sub-detectors surrounding the collision point stretch 20 meters (65.6 feet) in length. The detectors can move in tiny, precise ways to catch beauty quark particles, which are very unstable and rapidly decay.

The TOTal Elastic and diffractive cross section Measurement (TOTEM) experiment is one of the two smaller detectors in the LHC. It will measure the size of protons and the LHC's luminosity. In particle physics, luminosity refers to how precisely a particle accelerator produces collisions.

Finally, there's the Large Hadron Collider forward (LHCf) detector site. This experiment simulates cosmic rays within a controlled environment. The goal of the experiment is to help scientists come up with ways to devise wide-area experiments to study naturally occurring cosmic ray collisions.

Each detector site has a team of researchers ranging from a few dozen to more than a thousand scientists. In some cases, these scientists will be searching for the same information. For them, it's a race to make the next revolutionary discovery in physics.

How will scientists handle all the data these detectors will gather? More on that in the next section.

Oops!

Các nhà khoa học đã hy vọng đưa LHC lên mạng vào năm 2007, nhưng một sự cố nam châm lớn đã khiến mọi thứ chậm lại. Một nam châm khổng lồ do Fermilab chế tạo đã bị lỗi nghiêm trọng trong một bài kiểm tra căng thẳng. Các kỹ sư xác định rằng sự cố này xuất phát từ một sai sót trong thiết kế không tính đến ứng suất không đồng bộ khổng lồ mà nam châm có thể chịu đựng. May mắn thay cho các nhà nghiên cứu, các kỹ sư đã sửa lỗi khá nhanh chóng. Nhưng một cái khác ở dạng rò rỉ khí heli xuất hiện. Bây giờ LHC sẽ trực tuyến vào năm 2009 [nguồn: Kỹ thuật chuyên nghiệp ].

Với 15 petabyte dữ liệu (đó là 15.000.000 gigabyte) được thu thập bởi các máy dò LHC mỗi năm, các nhà khoa học có một nhiệm vụ to lớn phía trước. Làm thế nào để bạn xử lý nhiều thông tin đó? Làm thế nào để bạn biết rằng bạn đang xem một cái gì đó quan trọng trong một tập dữ liệu lớn như vậy? Ngay cả khi sử dụng một siêu máy tính, việc xử lý nhiều thông tin đó có thể mất hàng nghìn giờ. Trong khi đó, LHC sẽ tiếp tục tích lũy nhiều dữ liệu hơn nữa. 

Giải pháp của CERN cho vấn đề này là Lưới điện toán LHC . Lưới là một mạng lưới các máy tính , mỗi máy tính có thể tự phân tích một lượng dữ liệu. Khi một máy tính hoàn thành phân tích, nó có thể gửi kết quả đến một máy tính tập trung và chấp nhận một phần dữ liệu mới. Miễn là các nhà khoa học có thể chia dữ liệu thành nhiều phần, hệ thống sẽ hoạt động tốt. Trong ngành công nghiệp máy tính, phương pháp này được gọi là điện toán lưới .

Các nhà khoa học tại CERN quyết định tập trung vào việc sử dụng thiết bị tương đối rẻ tiền để thực hiện các phép tính của họ. Thay vì mua các máy chủ và bộ xử lý dữ liệu tiên tiến , CERN tập trung vào phần cứng có sẵn có thể hoạt động tốt trong mạng. Cách tiếp cận của họ rất giống với chiến lược mà Google áp dụng. Sẽ tiết kiệm chi phí hơn nếu mua nhiều phần cứng trung bình hơn là một vài thiết bị tiên tiến.

Sử dụng một loại phần mềm đặc biệt gọi là phần mềm trung gian , mạng máy tính sẽ có thể lưu trữ và phân tích dữ liệu cho mọi thí nghiệm được tiến hành tại LHC. Cấu trúc của hệ thống được tổ chức thành các cấp:

Bất kỳ trang web Cấp 2 nào cũng có thể truy cập bất kỳ trang web Cấp 1 nào. Lý do là để cho phép các tổ chức nghiên cứu và trường đại học có cơ hội tập trung vào thông tin và nghiên cứu cụ thể.

Một thách thức với một mạng lớn như vậy là bảo mật dữ liệu. CERN xác định rằng mạng không thể dựa vào tường lửa vì lượng lưu lượng dữ liệu trên hệ thống. Thay vào đó, hệ thống dựa vào các thủ tục nhận dạng và ủy quyền để ngăn chặn truy cập trái phép vào dữ liệu LHC.

Một số người nói rằng lo lắng về bảo mật dữ liệu là một điểm tranh luận. Đó là bởi vì họ nghĩ LHC sẽ hủy diệt toàn bộ thế giới.

Nó thực sự có thể? Tìm hiểu trong phần tiếp theo.

LHC sẽ cho phép các nhà khoa học quan sát các vụ va chạm hạt ở mức năng lượng cao hơn nhiều so với bất kỳ thí nghiệm nào trước đây. Một số người lo lắng rằng những phản ứng mạnh mẽ như vậy có thể gây ra rắc rối nghiêm trọng cho Trái đất . Trên thực tế, một số người lo ngại đến mức đã đệ đơn kiện CERN nhằm cố gắng trì hoãn việc kích hoạt LHC. Vào tháng 3 năm 2008, cựu nhân viên an toàn hạt nhân Walter Wagner và Luis Sancho đã dẫn đầu một vụ kiện lên Tòa án Quận Hawaii của Hoa Kỳ. Họ tuyên bố LHC có khả năng hủy diệt thế giới [nguồn: MSNBC ].

Cơ sở cho mối quan tâm của họ là gì? LHC có thể tạo ra thứ gì đó có thể kết thúc tất cả sự sống như chúng ta biết không? Chính xác thì điều gì có thể xảy ra?

Một nỗi lo sợ là LHC có thể tạo ra các lỗ đen . Lỗ đen là vùng trong đó vật chất sụp đổ thành một điểm có mật độ vô hạn. Các nhà khoa học của CERN thừa nhận rằng LHC có thể tạo ra các lỗ đen, nhưng họ cũng nói rằng các lỗ đen đó sẽ ở quy mô hạ nguyên tử và sẽ sụp đổ gần như ngay lập tức. Ngược lại, các nhà thiên văn học nghiên cứu lỗ đen là kết quả của việc toàn bộ ngôi sao tự sụp đổ. Có một sự khác biệt lớn giữa khối lượng của một ngôi sao và khối lượng của một proton.

Một mối quan tâm khác là LHC sẽ tạo ra một vật liệu kỳ lạ (và cho đến nay vẫn là giả thuyết) được gọi là vòng đệm . Một đặc điểm có thể có của vòng cổ đặc biệt đáng lo ngại. Các nhà vũ trụ học đưa ra giả thuyết rằng những chiếc vòng cổ có thể sở hữu một trường hấp dẫn mạnh mẽ có thể cho phép chúng biến toàn bộ hành tinh thành một vật thể vô hồn.

Các nhà khoa học tại LHC bác bỏ mối quan tâm này bằng cách sử dụng nhiều quan điểm khác nhau. Đầu tiên, họ chỉ ra rằng vòng cổ là giả thuyết. Chưa ai quan sát thấy vật chất như vậy trong vũ trụ. Thứ hai, họ nói rằng trường điện từ xung quanh vật chất như vậy sẽ đẩy lùi vật chất bình thường thay vì biến đổi nó thành một thứ khác. Thứ ba, họ nói rằng ngay cả khi vật chất như vậy tồn tại, nó sẽ rất không ổn định và sẽ phân hủy gần như ngay lập tức. Thứ tư, các nhà khoa học nói rằng các tia vũ trụ năng lượng cao nên tạo ra vật chất như vậy một cách tự nhiên. Vì Trái đất vẫn ở xung quanh, họ đưa ra giả thuyết rằng vòng cổ không phải là vấn đề.

Một hạt lý thuyết khác mà LHC có thể tạo ra là một hạt đơn cực từ . Theo giả thuyết của PAM Dirac, một đơn cực là một hạt chứa một điện tích từ duy nhất (bắc hoặc nam) thay vì hai. Mối quan tâm mà Wagner và Sancho trích dẫn là các hạt như vậy có thể kéo vật chất ra xa nhau bằng các điện tích từ trường lệch nhau của chúng. Các nhà khoa học CERN không đồng ý, nói rằng nếu các hạt đơn cực tồn tại, không có lý do gì để sợ rằng các hạt như vậy sẽ gây ra sự hủy diệt như vậy. Trên thực tế, ít nhất một nhóm các nhà nghiên cứu đang tích cực tìm kiếm bằng chứng về đơn cực với hy vọng LHC sẽ tạo ra một số.

Những lo ngại khác về LHC bao gồm lo ngại về bức xạ và thực tế là nó sẽ tạo ra các vụ va chạm năng lượng cao nhất trong các hạt trên Trái đất. CERN tuyên bố rằng LHC cực kỳ an toàn, với tấm chắn dày bao gồm 100 mét (328 feet) đất trên đó. Ngoài ra, nhân viên không được phép ở dưới lòng đất trong quá trình thí nghiệm. Đối với mối lo ngại về các vụ va chạm, các nhà khoa học chỉ ra rằng các vụ va chạm tia vũ trụ năng lượng cao luôn xảy ra trong tự nhiên. Tia va chạm với mặt trời , mặt trăng và các hành tinh khác, tất cả chúng vẫn ở xung quanh mà không có dấu hiệu gây hại. Với LHC, những va chạm đó sẽ xảy ra trong một môi trường được kiểm soát. Nếu không, thực sự không có sự khác biệt.

Liệu LHC có thành công trong việc nâng cao hiểu biết của chúng ta về vũ trụ? Dữ liệu được thu thập có đặt ra nhiều câu hỏi hơn là câu trả lời không? Nếu các thí nghiệm trong quá khứ là bất kỳ dấu hiệu nào, có lẽ tốt nhất là bạn nên cho rằng câu trả lời cho cả hai câu hỏi này là có.

Để tìm hiểu thêm về Máy va chạm Hadron Lớn, máy gia tốc hạt và các chủ đề liên quan, hãy chuyển đến các liên kết trên trang tiếp theo.

Những bài viết liên quan

Các liên kết tuyệt vời hơn

­