Chaque fois que nous repoussons les limites de la connaissance, il y a des risques et la perspective de récompenses. Les risques sont nombreux: ne rien trouver de nouveau, mener une expérience qui a échoué ou qui ne fonctionne pas, provoquer la destruction si les choses tournent mal. Mais les récompenses peuvent être énormes: de nouvelles connaissances, de nouvelles technologies et des percées pour toute la science humaine.
Le grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN, où nous avons commencé à heurter des protons aux énergies les plus élevées jamais atteintes dans un accélérateur de particules, est un endroit qui incarne tout cela. Il y a quelques années, nous avons battu l'ancien record - 2 TeV (téraélectronvolt, ou 1012 eV), qui avait été établi par le laboratoire Fermi - en accélérant les particules à 3,5 TeV et en les faisant entrer en collision, atteignant 7 TeV d'énergie totale. Cette découverte nous a non seulement permis non seulement de créer un grand nombre de particules fondamentales insaisissables (quark top, bosons W et Z), mais aussi de découvrir une toute nouvelle particule fondamentale, la dernière particule non découverte du modèle standard: le boson de Higgs.
Le LHC mis à jour nous permet de gagner environ 13 à 14 TeV d'énergie totale. Si nous avons de la chance, un nombre impressionnant de collisions à ces énergies, combiné à d'incroyables détecteurs, nous permettra de créer et de découvrir des particules inédites dans ce laboratoire. Et, bien sûr, cela ouvre la porte à des déclarations incroyables (et complètement maladroites), telles que:
«Les scientifiques du Grand collisionneur de hadrons espèrent être bientôt en contact avec un UNIVERS PARALLÈLE.
"Le grand collisionneur de hadrons défie la théorie du Big Bang."
«Les jeux avec l'univers peuvent nous détruire: les trous noirs créés au LHC nous engloutiront».
Vidéo promotionelle:
Et si les deux premiers sont complètement absurdes, mal véhiculés par des informations scientifiques, la troisième affirmation sème la peur parmi la population, élevant sa tête laide à chaque fois que le LHC se met à fonctionner.
D'où poussent les jambes de ce non-sens? Découvrons-le.
Il existe un certain nombre de théories qui prédisent l'existence de dimensions supplémentaires. Non seulement trois spatiaux et un temporel, qui, comme nous le savons, sont inhérents à notre espace-temps à quatre dimensions, mais aussi au moins une dimension spatiale supplémentaire dans notre univers. Et bien que nous ne puissions pas accéder à ces dimensions aux énergies dont nous disposons, on pense qu'à des échelles plus petites que celles avec lesquelles nous avons traité - et correspondent à des énergies supérieures - ces dimensions supplémentaires existent.
Et si ces dimensions supplémentaires existent, il y a aussi la possibilité théorique de créer de minuscules trous noirs microscopiques miniatures!
Si nous avions fait cela, nous aurions accompli une incroyable prouesse technologique et scientifique qui changerait à jamais notre façon de penser l'univers. Mais quand vous dites «trou noir», les gens imaginent instantanément (et pas en vain) une image catastrophique de quelque chose aspirant de la matière de toute nature, dévorant des protons, des neutrons, des électrons de notre monde et détruisant tout et tout le monde.
Mais cela est impossible pour trois raisons. Découvrons-le.
1. Si ces trous noirs miniatures existent, ils frappent la Terre pendant des milliards d'années, et la Terre tourne toujours
Bien sûr, nous n'avons jamais créé de particules avec cette énergie dans un laboratoire auparavant. Mais aux niveaux d'énergie les plus élevés - des énergies plus de cent millions de fois (100 000 000) plus élevées que celles avec lesquelles nous travaillons au LHC - les particules entrent constamment en collision avec la Terre: ce sont des rayons cosmiques qui nous bombardent de toutes les directions cosmiques.
Ces trous noirs, s'ils existaient, bombarderaient la Terre (et toutes les planètes) tout au long de l'histoire de notre système solaire, ainsi que le soleil, et rien n'indique qu'un corps du système solaire est devenu noir. trou ou a été mangé par elle.
Et ici, vous pouvez argumenter, disent-ils, que ces objets se déplacent trop vite et donc volent simplement à travers la Terre, mangeant trop peu de matière pour rester à l'intérieur et s'envolent dans l'espace intergalactique. Dans ce cas, la deuxième raison devrait vous calmer.
2. Si vous créez vraiment un trou noir miniature, il se désintégrera à cause du rayonnement Hawking, et très, très rapidement
S'il y a des dimensions supplémentaires, on peut supposer qu'elles peuvent être d'un certain type, permettant (encore une fois, rarement, mais à juste titre) la formation de trous noirs microscopiques. Un tel trou noir aura, au mieux, une masse équivalente à l'énergie d'une collision proton-proton, jusqu'à 13-14 TeV. Selon la formule E = mc2, cela correspond à une masse de 5 x 10-20 grammes, et, très probablement, encore moins.
Mais même si vous avez des dimensions supplémentaires de la bonne échelle, et aussi du bon type, et que vous faites ce trou noir, le problème demeure: il sera instable. Grâce aux lois de la mécanique quantique, ce trou noir va se désintégrer dans le processus de rayonnement de Hawking. Pour un trou noir d'une masse de 5 x 10-20 grammes, le temps de décroissance en trois dimensions sera d'environ 10 à 83 secondes, il est même difficile de l'appeler existence. Pour que la physique ait un sens, cela prend au moins 10 à 43 secondes ou plus. Traduit dans la masse d'un trou noir, il doit peser au moins 0,00002 gramme pour avoir une chance d'exister.
Dans quatre dimensions, cependant, surtout si un "supplémentaire" est grand, le temps de décroissance sera de 10 à 23 secondes. Mais pour contrecarrer la désintégration attendue de ce trou noir miniature, vous devez jeter les lois bien connues de la physique. Et ces lois sont si bien établies qu'il n'y a pas la moindre probabilité de les réfuter - c'est comme se réveiller le matin et voir le soleil se lever à l'ouest.
Mais disons qu'il existe de nouvelles lois de la physique que nous ne connaissons pas encore, et que ces trous noirs deviennent soudainement stables. Vous faites un trou noir - un minuscule - au centre de la terre, et il ne se désintègre pas. Va-t-il avaler la Terre? Et si oui, à quelle vitesse? Ceci nous amène à la troisième et dernière condition, et n'oubliez pas: nous avons déjà rejeté à deux reprises les lois connues de la physique pour rendre cette absurdité possible.
3. Vous pouvez calculer à quelle vitesse un trou noir absorbe la matière, et vous ne vous rapprocherez même pas de la durée de vie de notre planète
Nous avons l'habitude de penser que les trous noirs «aspirent» la matière, mais en vérité, ils ne peuvent interagir avec elle que par gravité. Avec une masse de 5 x 10-20 grammes, cette force gravitationnelle sera extrêmement faible: tout ce qu'elle peut faire est de traverser le centre de la Terre encore et encore, en attendant une collision avec une particule élémentaire. Puisque la section efficace de notre trou noir est très petite et la section efficace d'un proton (ou neutron) est très grande, on peut supposer - pour sauver l'argument - que chaque fois que le trou noir entre en collision, il absorbera un proton ou un neutron.
En supposant qu'il absorbe chaque proton, neutron ou électron avec lequel il entre en contact - et en tenant compte de sa gravité pour déterminer ce qu'il attire - il absorbera de l'ordre de 66 000 protons et neutrons par seconde. Bien sûr, 66 000 protons et neutrons sont de petites choses en termes de masse: 1,1 x 10-25 grammes. Ce taux de croissance sera constant jusqu'à ce que le trou noir soit assez grand; ce n'est qu'à une masse d'un milliard de tonnes métriques qu'un trou noir croîtra plus vite à mesure que sa section transversale augmente. En capturant 66 000 nucléons par seconde, combien de temps pensez-vous qu'il faudra à un trou noir pour gagner un kilogramme? Trois trillions d'années. Pendant ce temps, le Soleil s'éteindra - même l'Univers n'existe pas tellement.
Donc, même si vous faites un trou noir, et même si les lois de la physique sont fausses, et que le trou noir vivra éternellement, il sera inoffensif. Peu importe le nombre de lois de la physique que nous rejetons, révisons ou modifions, la Terre ira toujours bien.
Alors n'ayez pas peur. Nous essayons d'explorer le monde de manière totalement sûre. Toutes les préoccupations peuvent être dissipées - il suffit de se tourner vers les scientifiques et de demander. Ils ne sont pas fous non plus.
ILYA KHEL
