Pode o CERN produzir um perigoso buraco negro?

Vista simulada dum buraco negro defronte da Grande Nuvem de Magalhães.
Note-se o efeito de lente gravitacional, que produz 2 vistas ampliadas mas muito distorcidas da Nuvem. Ao cimo, o disco da Via Láctea aparece distorcido num arco.

A resposta simples é Não.

Chegar a essa resposta é que foi um tudo nada mais complexo.

Mas comecemos por uma excelente representação gráfica de diversos buracos-negros. A música, essa, é dos Chemical Brothers.

A segurança do LHC.

O Large Hadron Collider (LHC), ou Grande Colisionador de Hadrões

(Nota: Hadrões são partículas constituídas por Quarks)

pode alcançar energias que nunca foram antes atingidas por aceleradores de partículas, mas a natureza, por rotina, produz energias mais elevadas em colisões de raios cósmicos. Durante muitos anos houve preocupações sobre a segurança do que quer que possa ser criado em tais colisões de alta energia de partículas. À luz dos novos dados experimentais e da compreensão teórica, o Grupo de Avaliação de Segurança do LHC (com as siglas LSAG) actualizou uma revisão da análise feita em 2003 pelo Grupo de Estudos de Segurança do LHC, um grupo de cientistas independentes.

O LSAG reafirma e alarga as conclusões do relatório de 2003 que concluía que as colisões do LHC não apresentam perigo e que não há motivos para preocupação. Seja o que for que o LHC nos vai fazer, a natureza já o fez inúmeras vezes durante a vida da Terra e durante a vida doutros corpos celestes. O relatório LSAG foi analisado e aprovado pelo Comité de Política Científica do CERN, um grupo de cientistas externos que aconselha o órgão de Administração do CERN, o seu Conselho.

O documento abaixo resume os principais argumentos apresentados no relatório LSAG. Quem estiver interessado em mais detalhes é incentivado a consultá-lo directamente, e aos trabalhos técnicos científicos a que se refere.

http://lsag.web.cern.ch/lsag/LSAG-Report.pdf

Os raios cósmicos.

O LHC, como outros aceleradores de partículas, recria os fenómenos naturais de raios cósmicos em condições controladas de laboratório, permitindo serem estudados com mais detalhe. Os raios cósmicos são partículas produzidas no espaço exterior, alguns dos quais são acelerados a energias muito superiores às do LHC. A energia e a velocidade com que eles atingem a atmosfera da Terra têm sido medidas em experiências há já perto de 70 anos. Ao longo dos últimos milhares de milhões de anos, a Natureza já gerou na Terra muitas colisões, tantas como cerca de um milhão de experiências do LHC – e o planeta ainda existe. Os astrónomos observam um número enorme de grandes corpos celestes em todo o Universo, os quais também são atingidos por raios cósmicos. O Universo como um todo realiza mais de 10 milhões de milhões de experiências do LHC por segundo. A possibilidade de quaisquer consequências perigosas contradiz o que os astrónomos vêem – já que as estrelas e as galáxias ainda existem.

Buracos negros microscópicos

A Natureza faz buracos negros quando certas estrelas, muito maiores do que o nosso Sol, colapsam sobre si mesmas no final das suas vidas. Concentram uma grande quantidade de matéria num espaço muito pequeno. As especulações sobre buracos negros microscópicos no LHC referem-se a partículas produzidas nas colisões de pares de protões, em que cada uma dessas partículas tem uma energia comparável à de um mosquito em voo. Buracos negros astronómicos são muito mais pesados do que qualquer coisa que poderia ser produzida no LHC.

De acordo com as propriedades bem estabelecidas da gravidade, descritas pela relatividade de Einstein, é impossível produzir buracos negros microscópicos no LHC. Existem, no entanto, algumas teorias especulativas que predizem a produção de tais partículas no LHC. Todas estas teorias predizem que estas partículas se desintegrariam imediatamente. Os buracos negros, portanto, não teriam tempo para começar a acreção da matéria envolvente a fim de causarem efeitos macroscópicos.

Embora a teoria preveja que os buracos negros microscópicos decaiam rapidamente, mesmo os hipoteticamente estáveis buracos negros resultam inofensivos, como demonstram os estudos das consequências na sua produção pelos raios cósmicos. Apesar das colisões no LHC diferirem das colisões de raios cósmicos com corpos celestes como a Terra, dado que as novas partículas produzidas em colisões no LHC tendem a mover-se mais lentamente do que as produzidas pelos raios cósmicos, ainda assim pode-se ainda demonstrar a sua segurança. As razões específicas para isso dependem dos buracos negros estarem electricamente carregados, ou de serem neutros. Será expectável que muitos buracos negros estáveis sejam electricamente carregados, uma vez que eles são criados por partículas carregadas. Neste caso, eles poderiam interagir com a matéria comum e serem parados ao atravessarem a Terra ou o Sol, quer fossem produzidos por raios cósmicos ou pelo LHC. O facto de que a Terra e o Sol ainda estão aqui exclui as possibilidades dos os raios cósmicos ou do LHC poderem produzir perigosos buracos negros microscópicos. Caso os estáveis buracos negros microscópicos não tenham carga eléctrica  as suas interacções com a Terra seriam muito fracas. Aqueles produzidos por raios cósmicos iriam passar sem causar danos através da Terra para o espaço, enquanto os outros produzidos pelo LHC poderiam permanecer na Terra. No entanto, existem corpos celestes muito maiores e muito mais densos do que a Terra. Os buracos negros produzidos em colisões de raios cósmicos com astros como as estrelas de neutrões e as estrelas anãs brancas não os afectam. A existência de tais corpos densos, assim como a da Terra, exclui a possibilidade de o LHC produzir quaisquer buracos negros perigosos.

Strangelets.

Strangelet é o termo dado a um pedaço microscópico da hipotética “matéria estranha” contendo números quase iguais de partículas chamadas Up, Down ou Strange quarks. De acordo com a maioria do corpo de trabalho teórico, os strangelets deverão mudar para a matéria normal num período de tempo de 1 nano-segundo. Mas poderiam os strangelets coalescer com a matéria normal e mudá-la para matéria estranha? Esta questão foi levantada pela primeira vez antes do arranque do Relativistic Heavy Ion Collider, (siglas RHIC), em 2000, nos Estados Unidos. Um estudo realizado nesse tempo demonstrou que não havia motivo para preocupação, e o RHIC já está ligado há oito anos, em busca de strangelets, sem até hoje os detectar. Por vezes, o LHC trabalhará com feixes de núcleos pesados, assim como o faz o RHIC. Os feixes do LHC terão mais energia do que os do RHIC, mas isso torna ainda menos provável que os strangelets se possam formar. É difícil para a matéria estranha continuar formada às altas temperaturas produzidas por estes aceleradores, tal como o gelo não se forma em água quente. Além disso, os quarks estarão mais diluídos no LHC do que no RHIC, sendo assim mais difícil gerar-se a matéria estranha. Produzir Strangelets no LHC é, portanto, menos provável do que no RHIC, e a experiência já validou o conjunto de argumentos que demonstram que os strangelets não podem ser produzidos.

A análise dos primeiros dados do LHC das colisões de iões pesados confirma agora os principais ingredientes utilizados no relatório LSAG para avaliar o limite superior para a produção de strangelets hipotéticos. Para mais detalhes veja esta adenda ao relatório LSAG: Implicações dos dados do LHC iões pesados para multi-estranha produção de bariões (2011)

Bolhas de vácuo

Houve especulações de que o Universo não está na sua configuração mais estável, e que as perturbações causadas pelo LHC poderiam incliná-lo para um estado mais estável, chamado de bolha de vácuo, em que não poderia existir. Se o LHC pudesse fazer isso, então também o poderiam as colisões de raios cósmicos. Desde que as bolhas de vácuo não tenham sido produzidas em qualquer lugar do Universo visível, também o não serão pelo LHC.

Monopolos Magnéticos

Monopolos magnéticos são partículas hipotéticas com uma única carga magnética, ou um pólo norte ou um pólo sul. Algumas teorias especulativas sugerem que, se existem, os monopolos magnéticos podem causar o decaimento dos protões. Essas teorias também dizem que esses monopolos seriam pesados demais para serem produzidos no LHC. No entanto, se os monopolos magnéticos fossem suficientemente leves para aparecerem no LHC, os raios cósmicos que atingem a atmosfera da Terra já os estariam a produzir, e a Terra seria um corpo muito eficaz para os parar e prender. A continuação da existência da Terra e doutros corpos celestes, portanto, exclui a existência de perigosos protões comedores de monopolos magnéticos suficientemente leves para poderem ser produzidos no LHC.

Outros aspectos de segurança do LHC:

Foi recentemente expressa a preocupação de que uma ‘reacção de fusão descontrolada “poderia ser criada pelo dispositivo  de carbono que absorve o feixe do LHC. A segurança da descarga do feixe do LHC já havia sido revista pelas autoridades reguladoras competentes dos países hospedeiros do CERN, a França e a Suíça. As preocupações específicas expressas foram abordados num memorando técnico por Assmann et al.
http://lsag.web.cern.ch/lsag/BeamdumpInteraction.pdf

Como ali se aponta, as reacções de fusão apenas podem ser  mantidas em material comprimido por uma pressão externa, como a que é fornecida pela força gravítica no interior duma estrela, ou por uma explosão de fissão num dispositivo termonuclear, ou por um campo magnético num Tokamak, ou por um laser isotrópico contínuo ou ainda por feixes de partículas no caso da fusão por inércia. No caso da descarga do feixe do LHC, uma vez que o dispositivo é atingido pelo feixe vindo duma única direcção, não há nenhuma pressão de compensação, de modo que o material de despejo não é comprimido, o que impossibilita a fusão.

Foi expressa a preocupação de que uma ‘reacção de fusão descontrolada “poderia ser criada num tanque de Azoto no interior do túnel do LHC. Não existem tanques de azoto no LHC. Além disso, os argumentos no parágrafo anterior provam que nenhuma fusão seria possível mesmo se estes existissem.

Por fim, também foi expressa a preocupação de que o feixe do LHC poderia desencadear de alguma forma um ‘Bose-Nova “no hélio líquido usado para refrigerar os ímanes do LHC. Um estudo realizado por Fairbairn e McElrath demonstrou claramente que não existe a possibilidade do feixe do LHC poder provocar uma reacção de fusão de hélio.
http://arxiv.org/abs/0809.4004

Lembramos que os ‘Bose-Novae “são conhecidos por estarem relacionados com reacções químicas que libertam uma quantidade infinitesimal de energia pelos padrões da Física nuclear. Lembramos ainda que o hélio é um dos elementos mais estáveis conhecidos, e que o hélio líquido tem sido utilizado em muitos aceleradores de partículas anteriores sem se assinalarem contratempos. O facto de o hélio ser quimicamente inerte e não ter spin nuclear implica que nenhum “Bose-Nova ‘pode ser accionado no hélio superfluido usado no LHC.

(Nota: “Visto que explosões de supernovas são implosões, a explosão de um condensado de Bose-Einstein em colapso foi baptizada de “bosenova”).

Comentários sobre os artigos de Giddings e Mangano, e pelo LSAG

Os trabalhos de Giddings e Mangano e do LSAG que demonstram a segurança do LHC foram revistos pelos pares, analisados e aprovados pelos principais especialistas dos estados membros do CERN, dos Estados Unidos, Japão e Rússia que trabalham em Astrofísica, Cosmologia, Relatividade Geral, Matemática, e ainda em Física de Partículas e em análise de risco, incluindo vários vencedores do Prémio Nobel de Física. Todos concordam que o LHC é seguro.
http://arxiv.org/abs/0806.3381
http://iopscience.iop.org/0954-3899/35/11/115004

O artigo de Giddings e Mangano tem sido revisto por pares que são especialistas anónimos em astrofísica e física de partículas e foi publicado na revista científica profissional Physical Review D. A Sociedade Americana de Física optou por destacar este paper como um dos trabalhos mais importantes que publicou recentemente, comissionando ainda um comentário do Prof. Peskin do Laboratório do Acelerador Linear de Stanford em que ele endossa as suas conclusões. O Comité Executivo da Divisão de Partículas e Campos-forças da Sociedade Americana de Física emitiu uma declaração endossando o relatório LSAG.

O relatório LSAG foi publicado pelo Instituto de Física do Reino Unido (Institute of Physics, IoP) na sua publicação Revista de Física G (Nota: do Grupo de Física Gravítica . As conclusões do relatório LSAG foram aprovadas num comunicado de imprensa que anunciou esta publicação.

As conclusões do LSAG também foram aprovadas pela Secção de Física de Partículas e Física Nuclear (KET), da Sociedade Alemã de Física. Uma tradução para o alemão do relatório LSAG completa pode ser encontrada no sítio web do KET, bem como aqui. (A tradução para o francês do relatório LSAG completo também está disponível.)

http://physics.aps.org/articles/v1/14

http://www.aps.org/units/dpf/governance/reports/upload/lhc_saftey_statement.pdf

http://iopscience.iop.org/0954-3899/35/11/115004

Assim, a conclusão de que as colisões do LHC são completamente seguras foi aprovado pelas três respeitadas sociedades profissionais de físicos que fizeram a sua avaliação, e que estão entre as sociedades profissionais mais respeitadas do mundo.

Especialistas de renome em astrofísica, cosmologia, relatividade geral, matemática, física de partículas e análise de risco, incluindo vários vencedores do Prémio Nobel de Física, também expressaram opiniões individuais claras de que colisões do LHC não são perigosas:

“Pensar que colisões de partículas no LHC a energias elevadas possam originar buracos negros perigosos é lixo. Tais rumores foram espalhados por pessoas não qualificadas que procuram sensação ou publicidade.”

– Académico Vitaly Ginzburg, vencedor do Prémio Nobel de Física, Instituto Lebedev, de Moscovo, e da Academia de Ciências da Rússia.

“O funcionamento do LHC é seguro, não só no sentido antigo da palavra, mas no sentido mais geral dos nossos cientistas mais qualificados terem cuidadosamente considerado e analisado os riscos envolvidos na operação do LHC. [Quaisquer preocupações] são meramente hipotéticas e especulativas, e estão contrariadas por muitas provas e análise científica. ”
Declaração subscrita pelos Professores:

– Prof. Sheldon Glashow, vencedor do Prémio Nobel de Física, Universidade de Boston, Prof. Frank Wilczek, ganhador do Prêmio Nobel de Física, Massachusetts Institute of Technology, Professor Richard Wilson, Mallinckrodt professor de Física da Universidade de Harvard

“O mundo não chegará ao fim quando o LHC é ligado. O LHC é absolutamente seguro … Colisões libertando mais energia ocorrem milhões de vezes por dia na atmosfera da Terra e nada de terrível acontece”.

-Prof. Steven Hawking, professor Lucasiano de Matemática, da Universidade de Cambridge

“A natureza já fez essa experiência …. Os raios cósmicos têm atingido a Lua com mais energia e ainda não produziram um buraco negro que engoliu a lua. O universo não anda por aí a verter enormes buracos negros”.

-Prof Edward Kolb, astrofísico da Universidade de Chicago

“Eu certamente não tenho preocupações sobre a suposta possibilidade do LHC produzir buracos negros microscópicos capazes de devorar a Terra. Não há qualquer base científica para tais especulações.”

-Professor Sir Roger Penrose, Professor Bola Ex Rouse de Matemática, da Universidade de Oxford

“Não há risco [de colisões no LHC, e] o relatório LSAG é excelente.”

-Prof Lord Martin Rees, astrónomo real britânico e presidente da Royal Society de Londres. (Academia das Ciências).

“Aqueles que têm dúvidas sobre a segurança do LHC devem ler o relatório LSAG onde todos os riscos possíveis foram considerados. Podemos ter certeza de que as colisões de partículas no LHC não podem levar a consequências catastróficas”.

-Académico V.A. Rubakov, Instituto de Pesquisa Nuclear, de Moscovo, e da Academia Russa de Ciências

“Apoiamos inteiramente as conclusões do relatório LSAG: não há base para preocupações sobre as consequências derivadas de novas partículas ou novas formas de matéria que possam ser produzidas no LHC.”

-R. Aleksan et al., Os 20 membros externos do Comité de Política Científica do CERN, incluindo o Prof Gerard ‘Hooft, Nobel de Física.

A esmagadora maioria dos físicos concordam que buracos negros microscópicos seriam instáveis, como previsto pelos princípios básicos da mecânica quântica. Como foi discutido no relatório LSAG, se os buracos negros microscópicos pudessem ser produzidos pelas colisões de quarks-gluões / ou dentro de protões, eles também deveriam ser capazes de se decomporem de volta em quarks e / ou gluões. Além disso, a mecânica quântica prevê especificamente que devirão decair através da radiação de Hawking.

No entanto, uns tantos papers têm sugerido que os buracos negros microscópicos podem ser estáveis. O artigo de Giddings e Mangano e o relatório LSAG analisam muito conservadoramente o caso hipotético dos estáveis buracos negros microscópicos e concluiu que, mesmo neste caso, não haveria perigo concebível. Outra análise com conclusões semelhantes tem sido documentada pelos Dr. Koch, Prof. Bleicher  e Prof. Stoecker  da Universidade de Frankfurt e GSI, Darmstadt, que concluem:

“Discutimos os caminhos de evolução logicamente possíveis do buraco negro. Então, discutimos cada simples resultado desses caminhos e essa discussão demonstrou que nenhum dos caminhos fisicamente sensatos pode levar a um desastre dum buraco negro no LHC.”

O Professor Roessler (médico e teórico do caos em Tuebingen) também levantou dúvidas sobre a existência de radiação de Hawking. As suas ideias foram refutadas pelos Profs. Nicolai (Diretor do Instituto Max Planck de Física Gravitacional – Albert-Einstein-Institut – em Potsdam) e Giulini, cujo relatório apontam para a sua incapacidade de compreender a relatividade geral e a métrica de Schwarzschild, e sua dependência duma teoria alternativa da gravidade que foi refutada em 1915. O seu veredicto:

“O argumento [Roessler] não é válido, o argumento não é auto consistente.”

O paper do Prof Roessler também foi criticado pelo Prof Bruhn, da Universidade Técnica de Darmstadt, que conclui que:

“(A) Má interpretação de Roessler da métrica de Schwarzschild [torna as] suas considerações … nulas e sem efeito. Estes são os trabalhos que podem ser tomados em conta quando os problemas de buracos negros são discutidos.”

Um cenário hipotético para possivelmente perigosos e meta estáveis buracos negros foi recentemente proposto  pelo Dr. Plaga. As conclusões deste trabalho têm-se mostrado inconsistentes num segundo artigo científico (paper), por Giddings e Mangano, onde é também afirmado que a segurança dessa classe de cenários de meta estáveis buracos negros já está estabelecida pelo seu trabalho original.

Comentários sobre os reclamados riscos dos metaestáveis buracos negros
http://arxiv.org/PS_cache/arxiv/pdf/0808/0808.4087v1.pdf

Declaração da Comissão Executiva da Divisão de Partículas e Campos da American Physical Society (APS)
http://www.aps.org/units/dpf/governance/reports/upload/lhc_saftey_statement.pdf

Resumo do relatório LSAG
http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/LSAGSummaryReport2008-en.pdf

Relatório LSAG (2008)
http://lsag.web.cern.ch/lsag/LSAG-Report.pdf

Adenda ao relatório LSAG: Implicações dos dados de iões pesados no LHC para multi-estranha produção de bariões (2011)
http://public.web.cern.ch/public/downloads/LSAG/LHCaddALICE2011.pdf

Relatório especializado publicado na Europa (2003)
http://cdsweb.cern.ch/record/613175/files/CERN-2003-001.pdf?version=1

Relatório especializado publicado nos Estados Unidos (1999)
http://cdsweb.cern.ch/record/403566/files/9910333.pdf

Comentário especialista sobre as especulações levantadas pelo professor Otto Roessler sobre a produção de buracos negros no LHC
http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/NicolaiComment-en.pdf

Mais comentários dos especialistas em especulações levantadas pelo professor Otto Roessler sobre a produção de buracos negros no LHC.
http://environmental-impact.web.cern.ch/environmental-impact/Objects/LHCSafety/NicolaiFurtherComment-en.pdf

Outra avaliação independente da segurança dos cenários de buracos negros no LHC.
http://arxiv.org/pdf/0807.3349.pdf

Original do CERN
http://public.web.cern.ch/public/en/lhc/safety-en.html

Outro cálculo informal estima que necessitaríamos dum acelerador com um diâmetro de mil anos-luz para produzirmos um micro buraco-negro, e que este levaria cerca de 3 vezes a idade do Universo para devorar o equivalente a uma casca de noz, mas só o interior , para a casca não chegaria este inusitado período de tempo.

Por outras palavras, não há perigo.

O CERN mantém igualmente uma rigorosa política de segurança no trabalho, e ainda coordena com as autoridades das regiões onde está instalado o uso de energia eléctrica a fim de não interferir na rede de distribuição que serve as populações, a indústria e o comércio dessas zonas da Europa.

Mais um mito desclassificado pela ciência.

Alguns advogados mais histéricos nos EUA tentaram abrir um caso contra o CERN com o intuito de impedir a sua inauguração, em sede de Justiça a sua pretensão não foi sequer acolhida para ir a julgamento, dado tratar-se dum absurdo. No entanto a razão para este não acolhimento foi de técnica jurídica e relacionava-se com a área geográfica de jurisdição.

Numa época em que a litigância de má fé contra a Ciência parecia querer fazer escola nos círculos da pseudociência e das seitas religiosas norte-americanas, sem dúvida a quererem colher clientes entre os seguidores da facção anti-ciência do actual Partido Republicano (um tendência que no fundo é anti-americana), a chamada Tea Party, esta decisão marcou um limite bem delineado:

O do bom senso contra o absurdo e contra a cupidez dos interesses escondidos.

De facto, o que se pode concluir é que ganancia, sede de protagonismo, cupidez e fanatismo são sinónimos, mas que felizmente Justiça, bom-senso e Ciência também o podem ser.

Nota de tradução: Este relato do CERN foi uma tradução científica da minha inteira responsabilidade, incluindo eventuais erros e/ou omissões.