1. oldal

Amikor 2008-ban a svájci Nagy Hadronütköztető beindítására készültek a szakértők, a technikai problémákon kívül a nagyközönség köreiben terjedő aggodalmakkal is meg kellett küzdeniük. Felmerült, hogy mi történik akkor, ha az óriási energiákon történő részecskeütköztetések során mikroszkopikus fekete lyukak vagy más, bolygónkat veszélyeztető egzotikus anyagok keletkeznek.

A fizikusok többsége persze egyetértett abban, hogy kevéssé valószínű, hogy ehhez hasonló történik, ugyanakkor biztosat nem tudtak állítani, hiszen a CERN létesítményében olyan kísérletek sorába terveztek belekezdeni, amelyekhez hasonlókkal még sosem próbálkozott senki. Jelenlegi ismereteink szerint persze fekete lyuk akkor keletkezik, ha egy különösen nagytömegű csillag gravitációs összeomláson megy keresztül, nem pedig szubatomi részecskék ütközése nyomán, történjen ez bármilyen nagy sebességgel is. Pontosan azért azonban, mivel olyan keveset tudunk a szubatomi világról is, különösen a Nagy Hadronütköztetőben tanulmányozni kívánt különleges részecskékről, a fizikusok komoly mérlegelésnek vetették alá a felvetődő apokaliptikus elméleteket. Vizsgálódásukat három alapvető, bár kevéssé valószínű esemény köré építették fel: először is azt kezdték kutatni, hogy létrejöhetnek-e egyáltalán a részecskegyorsítóban fekete lyukak, másodszor hogy ezek fennmaradhatnak-e egy ezredmásodpercnél hosszabb ideig, végül pedig azt is vizsgálták, hogy milyen mennyiségű anyag elnyelésére lennének képesek az ilyen objektumok.

Az első opció, vagyis a miniatűr fekete lyukak mesterséges eszközökkel való létrehozásának lehetősége a kutatók többségét nem pánikkal, hanem izgatottsággal tölti el. Don Lincoln, a Fermilab fizikusa szerint, akinek ez elsőként sikerülne, az már készülődhetne is Stockholmba, mert garantáltan megkapná a Nobel-díjat. Ahogy a szakértő fogalmazott, ha képesek lennénk ezen objektumok létrehozására, rendkívül fontos dolgokat tudhatnánk meg a minket körülvevő világról, és annak keletkezéséről.

Ezen új ismeretek egyike lenne, hogy léteznek-e más dimenziók is a négy ismert mellett. Meglehetősen nehéz elképzelni, hogy milyenek is lehetnek ezek az extra dimenziók, amelyek az aprócska fekete lyukakban vannak „összecsomagolva”, de létezésük a fizikusok szerint magyarázatot adna arra, hogy miért ilyen gyenge a gravitáció univerzumunkban, elméletben ugyanis jóval erősebbnek kellene lennie. A fekete lyukak esetében azonban a gravitáció minden. A feltevések szerint, amennyiben léteznek más dimenziók, ezek apró fekete lyukak formájában „betüremkedhetnek” az általunk ismert térbe.

Ezzel el is érkeztünk a második ponthoz, hogy tudniillik meddig létezhetne egy-egy ilyen fekete lyuk. Jelenlegi feltevéseink szerint minden fekete lyuk „párolog”. Az elsőként Stephen Hawking által megjósolt, Hawking-sugárzásnak nevezett jelenség lényege, hogy a fekete lyukak különféle kvantummechanikai folyamatok következtében energiát sugároznak ki magukból, emiatt viszont tömegük folyamatosan csökken. Minél kisebb egy fekete lyuk, annál rövidebb ideig tart ki a benne tárolódó tömeg, illetve energia, mielőtt megsemmisülne. Egy mikroszkopikus méretű objektum tehát gyakorlatilag keletkezése pillanatában el is tűnne.

De tegyük fel, hogy mind Einstein, mind Hawking tévedett, és a keletkező fekete lyuk elég hosszú ideig fennmarad ahhoz, hogy elkezdje magába szippantani a körülötte található anyagot. Mivel a közelében levő atomok is óriásinak tűnnének hozzá képest, nem tudna mit magához vonzani, így nem lenne képes táplálkozni.

Nem a Nagy Hadronütköztető beindítása volt az első eset, hogy szubatomi részecskékkel kapcsolatos kísérletek miatt aggódni kezdett a világ sorsáért a közvélemény. 1979-ben maguk a Berkeley kutatói is komolyan fontolóra vették, hogy újdonsült részecskegyorsítójuk nem jelent-e veszélyt a bolygóra. Végül azonban úgy döntöttek, hogy a Föld puszta léte bizonyítja, hogy nem kell különösebben aggódni a nagyenergiájú részecskék ütközései miatt. Bolygónkat (és minden mást az univerzumban) ugyanis kozmikus sugárzás formájában folyamatosan bombázzák ilyenek, az eltelt évmilliárdok alatt mégsem történt semmi tragikus. Nem keletkezett a közelünkben a Föld létét veszélyeztető fekete lyuk, sem pedig olyan anyag, amely problémát okozott volna, pedig meglehetősen hosszú idő állt a rendelkezésre ahhoz, hogy a legritkábban előforduló ütközési variációk is megessenek. Úgy tűnik tehát, hogy a három felvetett esemény közül legalább egy nem történik meg. A legvalószínűbb, hogy egyszerű részecskeütköztetéssel nem lehet fekete lyukakat létrehozni, vagy amennyiben mégis keletkeznek ilyenek, azok miniatűr méretük miatt annyira rövid ideig léteznek, hogy semmiféle veszélyt nem jelentenek, hiszen nincs idejük arra, hogy bármiféle hatást kifejtsenek akár egyetlen atomra is, gondolták a kutatók.

Ez a meggyőződés aztán egészen a kilencvenes évekig kitartott, amikor a Nagy Hadronütköztető egyik elődje, a RHIC (relativisztikus nehézion-ütköztető) megkezdte működését az Amerikai Egyesült Államokban. Amikor a szakértők ennek lehetséges veszélyeit mérlegelték néhány aprócska hibát találtak a korábbi biztonsági eszmefuttatásban. Az egyik problémát a legendás feketelyuk-kutató, William Unruh fogalmazta meg: van némi esély arra, hogy a Hawking-sugárzás valójában nem létezik. Ahogy a szakértő fogalmazott, a fizikának nagyon-nagyon furcsának kellene lennie ahhoz, hogy ez igaz legyen, de teljesen nem zárható ki a lehetőség. Ha viszont a fekete lyukak nem párolognak, akkor a mikroszkopikus méretű esetleges objektumoknak jóval több idő állhat a rendelkezésükre, hogy kifejtsék hatásukat. A CERN illetékesei biztosra mentek: egy szakértői csoportot bíztak meg a részecskeütköztetés veszélyeinek egyszer és mindenkorra való tisztázásával.

2. oldal

A kutatócsoport egyik résztvevője, Michelangelo Mangano aztán rövidesen rájött, hogy még egy gond akad a Berkeley kutatóinak érvelésével: a Nagy Hadronütköztető részecskenyalábjai nem vehetők egy kalap alá a kozmikus sugarakkal. Míg ez utóbbiak úgy viselkednek, mintha egy gyorsuló vonat beleütközne egy álló autóba, a részecskeütköztetők munkatársai előre megfontolt szándékkal frontálisan ütköztetnek két nagysebességű „vonatot”. Míg a kozmikus sugarak az ütközést követően megváltozott irányba és sebességgel ugyan, de továbbhaladnak, a részecskeütköztetőkben az összecsattanó részecskék gyakorlatilag leállnak, és közben óriási energiák szabadulnak fel. Ha tehát az ilyen események során fekete lyukak keletkeznének, a kozmikus karambolok során születők előbb-utóbb elsodródnának tőlünk, a részecskeütköztetőkben létrejövők viszont a Földhöz képest nyugalomban maradnának.

A frontális részecskeütköztetések közelebbi vizsgálatához a kutatóknak valamiféle tesztterepre volt szükségük, vagyis egy olyan helyszínre, ahol ehhez hasonló események természetes körülmények között megtörténnek. A neutroncsillagok esetében pedig valami nagyon hasonló zajlik: ezek az égitestek ugyanis annyira erős gravitációval rendelkeznek, hogy kozmikus sugarak beléjük ütközve nem lépesek továbbhaladni: mintha a vonat egy hegybe szaladna bele. Ha tehát ilyen esetekben fekete lyukak keletkeznének, azok a csillag felszínének közelében maradnának, és lassan eltűntetnék annak anyagát. Mivel azonban neutroncsillagok léteznek, és élettartamuk nem tűnik rövidebbnek a csillagfejlődési elméletek alapján vártnál, a mikroszkopikus fekete lyukak nem lehetnek valóságosak, vélte Mangano.

A kutató ezt követően felvette a kapcsolatot Steven Giddings-szel, aki elsőként írt tanulmányt arról, hogy miért nem jöhetnek létre miniatűr fekete lyukak. Giddings nagyon hasonló módon gondolkodott, és mire Mangano megkereste, már bele is kezdett a neutroncsillagok vizsgálatába, hogy tesztelje eszmefuttatása helyességét. A két kutató végül a közös munka mellett döntött, amely azonban nehezebbnek bizonyult, mint elsőre gondolták. A neutroncsillagok fizikájának megértése önmagában sem egyszerű feladat, és mindezt kombinálni kellett a különféle energiájú kozmikus sugarakról való ismeretekkel, illetve a fekete lyukakkal kapcsolatos információkkal is. „Rendkívül izgalmas volt a feladat” – mondja Mangano. „Olyan volt, mintha újra visszaültünk volna az iskolapadba, ahol minden nap újabb és újabb dolgokra csodálkozhat rá az ember.”

A kollégák többsége úgy vélte, hogy csak idejüket vesztegetik, a páros azonban hónapokig spekulált az eshetőségeken, mielőtt rájöttek, hogy a neutroncsillagok mégsem felelnek meg az elmélet tesztelésére. Az égitestek gravitációja ugyanis olyannyira erős, hogy a világűrből érkező legnagyobb energiájú részecske sem képes nagyobb sebességgel belépni a csillag anyagába: a sugarak túlságosan lelassulnak, mielőtt a neutroncsillag részecskéivel találkoznának, így maguk az ütközések már alacsony energiákon folynak.

Giddings és Mangano azonban nem adta fel, és a következő körben a fehér törpéket kezdték vizsgálni. Ezek tömege (és gravitációja) szintén elegendő a kozmikus sugarak „megállításához”, vagyis a potenciálisan létrejövő fekete lyukak szintén azok közelében maradnának. A páros nyolc olyan fehér törpét azonosított, amelyek tömegük és koruk alapján mára már nem létezhetnének, ha a részecskeütközések során fekete lyukak keletkeznének, kielégítően igazolva a Nagy Hadronütköztető biztonságosságát.

A kutatók publikálták eredményeiket, és a civil közönség nagy része, illetve a tudományos közösség is megnyugodott. Továbbra is akadtak azonban heves ellenzői a részecskeütköztető beindításának. A legnagyobb probléma a kritikusok szerint, hogy a „mindent eldöntő” tanulmányt egyáltalán nem független szakértők publikálták, hanem olyan tudósok, akiknek nagyon is érdekükben állt a Nagy Hadronütköztető beindítása.

Persze a történet kapcsán olyan, már-már filozófiai magasságokat feszegető kérdéseket is fel lehetne tenni, hogy attól még, hogy a kozmikus sugárzás formájában érkező részecskék mindeddig nem pusztították el a Földet, mi biztosíték van arra, hogy holnap nem történik valami végzetes? Mi van, ha minden, amit igaznak vélünk a fizikával kapcsolatban, helytelen? Erre is van esély, bár pontosan a Nagy Hadronütköztető elmúlt évekbeli működése és eredményei teszik nagyon-nagyon valószínűtlenné, hogy teljesen rossz nyomon járnánk a világegyetem működésével kapcsolatban. A világ legnagyobb részecskeütköztetője jelenleg fejlesztési és karbantartási munkálatok miatt áll, de 2015-ös újraindítása után minden korábbinál nagyobb energián folynak majd az ütköztetések, remélhetőleg újabb izgalmas felfedezésekhez segítve hozzá az emberiséget.