Yüksek enerjili parçacık çarpıştırma deneylerinin güvenliği

Yüksek enerjili parçacık çarpışmalarının güvenliği, Göreli Ağır İyon Çarpıştırıcısı (RHIC) ve sonrasında Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC)'nın dünyanın en büyük ve en güçlü parçacık hızlandırıcıları- inşa edildiği zaman diliminde, yaygın bir tartışma ve merak uyandıran bir konuydu. Alışılmamış parçacıklar ve maddenin formlarını üretmek için yapılan yüksek enerji deneylerinin,  maddenin zararlı formlarını oluşturma potansiyelinin olduğu  gibi bazı endişeler ve hatta kıyamet senaryoları baş gösterdi. 2008-2010'da LHC devreye girdiğinde iddialar daha da ateşlendi. İddialar kararlı mikro kara deliklerin ve strangelets denilen kuramsal parçacıkların  oluşması gibi maddeler içeriyordu ve bu sorular medyada, internette ve hatta bazı zamanlar mahkemelerde tartışıldı.
LHC bağlamındaki endişeleri ele almak ve bu senaryoları incelemek için, CERN bağımsız bilim adamlarından oluşan bir gruba talimat verdi. 2003'te düzenlenen bir raporda RHIC ve diğer parçacık deneylerinde olduğu gibi LHC parçacık çarpıştırmalarının da olası bir tehlike ortaya çıkarmadığı bildirildi. CERN tarafından yapılan ikinci inceleme 2008'de yayınlandı. CERN'e bağlı fakat LHC deneylerinde yer almayan bir grup fizikçi tarafından hazırlanan rapor, LHC çarpıştırmalarının güvenliğini  bir kez daha doğruladı. Rapor 20 bilim adamından oluşan bir komite ve Parçacık Bölünmeleri Yönetici Komitesi & Amerikan Fizik Derneği tarafından tekrar gözden geçirildi ve tekrar onaylandıktan sonra UK Fizik Enstitüsü tarafından Journal of Physics G'de yayımlandı. Rapor LHC hakkındaki kıyamet senaryolarını reddediyor, LHC, RHIC ve diğer deneylerde bulunan fiziksel koşulların ve çarpışma olaylarının evrende doğal ve rutin olarak meydana geldiğini ve tehlikeli sonuçlara neden olmadığını belirtiyordu. Rapor aynı zamanda ultra-yüksek enerjili kozmik ışınların Dünya'ya suni bir parçacık hızlandırıcıda olandan daha fazla yüksek enerjilerle çarptığını da belirtiyordu.

Genel Bilgiler

Çarpıştırıcılar, fizikçiler tarafından evrenin temel yönlerini anlamak amacıyla kullanılan bir çeşit parçacık hızlandırıcılardır. İşleyişi, çok yüksek kinetik enerjide hızlandırılmış parçacıkların çarpışmasına dayanır, bu çarpışmalardan elde edilen yan ürünler bilim insanlarına atomaltı dünyanın yapısı ve doğa yasaları hakkında önemli bilgiler verir. Bu ancak yüksek enerjide ve çok küçük bir zaman diliminde görünebilir ve bu yüzden başka yöntemlerle çalışmak  bir nevi imkânsızdır.
Yüksek enerji seviyelerine bağlı olarak, kamu alanında bazı zamanlar bu tarz çarpışmalar güvenli mi değil mi ya da ekstrem enerjilerinden dolayı  öngürülemez bazı problemleri tetikleyebilir mi gibi  bazı endişeler baş göstermiştir.

Çarpıştırıcı Örnekleri
Dünyanın en büyük parçacık hızlandırıcısı olan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı(LHC),  proton veya öncü çekirdek karşıt ışınlarının çok yüksek enerjilerde çarpıştırılması amacıyla tasarlandı. İsviçre'de Cenevre yakınlarında, Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi (CERN) tarafından inşa edildi. LHC'nin asıl amacı, teorideki mevcut parçacık fiziği olan Standart Model'in geçerliliğini ve sınırlarını keşfetmektir. İlk parçacık çarpışmaları 7 Tera elektron volt(TeV) 'a kadar olan enerjide, Kasım 2009'da gerçekleşti.30 Mart 2010'da, proton parçacıkları, 3.5 Tera elektron volt  enerjiyle çarpıştırıldı, bu insan eliyle yapılmış bir parçacık çarpıştırıcısı için yeni bir dünya rekoru demekti.

Relativistik Ağır İyon Çarpıştırıcısı

Olası ters sonuçlar hakkındaki endişeler RHIC'nin bağlanmasıyla beraber yükseldi. Ayrıntılı çalışmalardan sonra bilim insanları, şu sonuçlara eriştiler: "Makul şüphelerin ötesinde, RHCI'deki ağır-iyon deneyleri gezegenimizi  tehlikeye sokmayacak." ve "Elimizde, tehlikeli strangelet oluşumu ihtimalinin bulunmadığına dair güçlü deneysel kanıtlar var."
Relativistik Ağır İyon Çarpıştırıcısı çalışmaya başlamadan önce, eleştirmenler  ekstrem yüksek enerjinin, kara delik meydana gelmesi veya sıradan maddeden daha sabit olan garip maddenin oluşması gibi felaket senaryolarına neden olabileceğini varsaydı. Bu hipotezler karmaşıktı, ama birçoğu belirtilen teorilere bağlı olarak Dünya'nın saniyelerden bin yıllara kadar olan bir zaman çerçevesinde yok edilebileceğini öngördü. Güneş Sistemi cisimlerinin kozmik parçacıklarla, RHC ve diğer insan yapımı çarpıştırıcılarda olandan daha büyük ölçüde enerjilerle milyar yıllardır Güneş Sistemi'ne zarar vermeden  bombardımana tutulduğu gerçeği, bu hipotezleri asılsız kıldı.

Tartışmalı bir diğer temel konu da, eleştiri getirenlerin böylesine katastrofik bir senaryodan olasılık elementini mantık çerçevesinde (veya neden sonuç ilişkisinde) ayırmasını talep etmesiydi. Fizikçiler katasrofik olayların sıfır olasılığı üzerindeki deneysel ve astrofizik kısıtlamaları ortaya çıkaramadılar. Sonuç (yukarıda da bahsedildiği gibi) insandan kaynaklanmasa da yıkıcı olabilirdi.
RHIC parçacık hızlandırıcısına bağlı olarak medyada ve popüler bilim medyasında endişeler yükseldi. RHIC hususundaki felaket senaryoları riskinin 50 milyonda 1 gibi bir rakam olduğu Martin Rees tarafından belirtildi. Strangelets oluşumu konusuna gelince, Oxford Üniversitesi'nde profesör olan Frank Close, "bunun olma ihtimali sayısal lotoda en büyük ödülü 3 hafta boyunca kazanmak gibi, problem ise insanların sayısal lotoda 3 hafta boyunca büyük ödülü kazanacağına inanması" diyerek konuya açıklık getirdi. Ayrıntılı çalışmalardan sonra bilim insanları, şu sonuçlara eriştiler: "Makul şüphelerin ötesinde, RHCI'deki ağır-iyon deneyleri gezegenimizi  tehlikeye sokmayacak." ve "Elimizde, tehlikeli strangelet oluşumu ihtimalinin bulunmadığına dair güçlü deneysel kanıtlar var."

Tartışmaların Tarihi

Tartışma 1999'da iM.Mukerjee'nin makalesine cevaben, Scientific America dergisi yazarı yazan Walter L. Wagner ve Institute for Advanced Study'de çalışan F.Wilczek arasındaki mektup alış-verişi ile beraber başladı.18 Temmuz 1999 da J.Leake tarafından U.K Sunday Times'ta yayımlanan makaleyle medyanın gündemine taşındı. Brookhaven Ulusal Laboratuvarı'nın müdürü  J.H Marburger aracılığıyla toplanan komite tarafından yazılan ve dile getirilen katastrofik senaryoları görünür bir şekilde reddeden rapor sayesinde anlaşmazlık neredeyse  son buldu. Fakat rapor göreli kozmik ışınların çarpasından oluşan ürünlerin dünyaya ulaşma sırasında, hareketsiz RHIC ürünleriyle karşılaştırıldığında farklı davranabilme ve de dünya ya da  aydaki yüksek-E proton çarpışmalarının RHIC'deki altın-altın çarpışmalarından farklı olabileceği ihtimalini açık bıraktı. Daha sonrasında Wagner full-enerjili çarpışmaları durdurmak için  San Fransisco ve New York'ta federal davalar açtı, fakat başarılı olamadı.

Büyük Hadron Çarpıştırıcısı

LHC'nin işletmeye alınmasından önceki dönemde, Walter L.Wagner(RHIC muhalifi), Luis Sancho(İspanyol bilim yazarı), Otto Rösler (biyokimyacı) LHC'nin güvenliği hakkındaki endişelerini ifade ettiler, Amerika Birleşik Devletleri ve Avrupa Mahkemelerine dilekçe yazarak deneylerin başlamasını önleme girişiminde bulundular. Muhalifler  LHC deneylerinin, düşük hızda hareket eden ve kütlece büyüyen mikroskobik kara delikler yaratma ya da tehlikeli radyasyon ışınlarının yayılımına neden olma potansiyeline sahip olduğunu ileri sürdüler. Başka muhalifler ise, strangelets denilen parçacıkların, manyetik tekkutupların ve vakum kabarcıklarının oluşması gibi potansiyel risklerin bulunduğunu ileri sürdü.
Bu endişelere dayanarak, Birleşik Devletler federal hakimi Richard Posner, İnsanlığın Geleceği Enstitüsü öğretim üyesi Toby Ord ve diğerleri, LHC deneylerinin girişimde bulunmak için fazlasıyla riskli olduğunu tartıştı. Bizim Son Yüzyılımız kitabında:
İnsan Irkı 21. Yüzyılda Hayatta Kalabilecek mi?
İngiliz kozmolog ve astrofizikçi Martin Rees, LHC'nin küresel bir felakete ve kara deliklere neden olma ihtimalini 50 milyonda 1 olarak hesapladı. Bununla birlikte LHC'yi inşa eden bilim insanlarına güvenilmesi gerektiğini, çarpıştırıcıyla ilgili uyku kaçıracak bir durum olmadığını belirtti. Kitabının birkaç yerde yanlış aktarıldığını da bildirdi.

Felaket senaryolarının risk değerlendirmeleri, kamuda korkuları ateşledi, bazı bilim insanları protestolara maruz kaldı. LHC takımı, ölüm tehditleri ve deneylerin durdurulmasını talep eden tehdit edici mail ve telefonlar aldıklarını bildirdi. 9 Eylül 2008'de, Romanya Muhafazakâr Partisi deneylerin durdurulmasını talep eden bir protesto düzenledi.

Basında Yer Alan
LHC'ye bağlı güvenlik endişeleri medyanın ilgisini çekti. The Times, The Guardian, The Independent, The Sidney Morning Herald ve Time gibi  çeşitli gazeteler, çarpıştırıcıyla ilgili birçok kıyamet senaryosunu bildirdi. CNN, insanların, projenin dünyanın yokolmasına neden olacağı gibi korkular içerdiğini ima etti fakat bilim adamı olan Jonh Huth bunun bir zırvadan ibaret olduğunu belirtti. New York Times'tan Brian Greene  "Eğer Geneva'nın altında bir kara delik oluşursa ,bu İsviçre'yi yutabilir ve dünyayı yalayıp yutana kadar hareketine devam edebilir mi? Bu mantıklı bir soru ve kesin cevabı ise: hayır" diyerek okuyucularını rahatlattı. Küçük gazeteler de güvenlik endişeleri hakkında yayımlarda bulundu. Daily Mail "Önümüzdeki Çarşamba hepimiz ölecek miyiz?" gibi başlıklar yayınlarken. The Sun "Hava durumu tamamıyla değişecek ve hayatı silip süpürecek, ortalık mahşer yerine dönecek" gibi başlıklar yayınladı. Çarpışma başlatıldıktan sonra ise "Dünya sona ermedi!" başlığını attı.
10 Eylül 2008'de Hindistan'da 16 yaşındaki bir kız Indian New Channel'da verilen kıyamet senaryolarından çok büyük endişe duymasından dolayı intihara teşebbüs etti.

Spesifik Endişeler

Mikro Kara Delikler

Parçacık fiziği Standart Modelinin LHC enerjisinin  kara delik oluşturmak için yetersiz  olduğunu öngörmesine rağmen, Standart Model'in bazı uzantıları, ekstra uzaysal boyutların varlığının mikro kara delik oluşumuna neden olabileceğini varsayıyor. Yapılan hesaplamalara göre bunlar zararsız çünkü kolaylıkla Hawking Radyasyonu tarafından parçalanabilirler. Hawking Radyasyonu kuantum efektlerinden dolayı kara delikler tarafından yayılması öngörülen radyasyonlar(ışımalar)dır. Kara deliklerin Hawking radyasyonu yayarak kütle kaybetmesine bağlı olarak, edindiğinden çok kütle kaybeden kara deliklerin küçülerek yok olması beklenir. LHC'de oluşması mümkün olan küçük mikro kara deliklerin, daha büyük kara deliklerden daha fazla ışıma yaptığı(radyasyon yaydığı) ve böylelikle küçülerek yok olacağı teori tarafından varsayılır. LHC Güvenlik Değerlendirme Grubu (LSAG), fizikçilerin Hawking Radyasyonu hakkında ortak görüş sahip olduğunu fakat, şimdiye kadar yapılan  deneylerde buna dair kesin bir kanıt bulunamadığını belirtir.

LSAG'ye göre, LHC tarafından kararlı mikro kara delikler oluşsa bile, bunlar Dünya için zararlı olacak derecede büyüyemezler. Beyaz cüceler ve Nötron yıldızları gibi evrenin yoğun cisimlerinin varlıklarını sürdürmesi LHC'de herhangi bir kara deliğin oluşması olasılığını da yok eder, bu yüzden bu kara delikler zararlı olamazlar.
Kararlı kara delikler, elektriksel olarak yüklü ve aynı zamanda nötr de olabilirler. Eğer kararlı mikroskobik kara delikler yüklü değilse, Dünya ile etkileşimleri çok zayıf olacaktır. Kozmik ışınların ürettikleri-zararsız bir biçimde-Dünya'yı delip geçerken, LHC'nin ürettikleri ise Dünya'da kalacaktır. Bununla beraber evrende, Dünya'dan daha büyük ve daha yoğun Beyaz cüceler ve Nötron yıldızları cisimler bulunmaktadır. Dünya gibi bu cisimlerin de  varlıklarını sürdürmesi, LHC'de herhangi bir kara deliğin oluşması olasılığını da yok eder, bu yüzden bu kara delikler zararlı olamazlar. Kararlı kara delikler, elektriksel olarak yüklü ve aynı zamanda nötr de olabilirler. Eğer kararlı mikroskobik kara delikler yüklü değilse, Dünya ile etkileşimleri çok zayıf olacaktır. Kozmik ışınların ürettikleri-zararsız bir biçimde-Dünya'yı delip geçerken, LHC'nin ürettikleri ise Dünya'da kalacaktır. Bununla beraber evrende, Dünya'dan daha büyük ve daha yoğun Beyaz cüceler ve Nötron yıldızları  cisimler bulunmaktadır. Dünya gibi bu cisimlerin de  varlıklarını sürdürmesi, LHC'de herhangi bir kara deliğin oluşması olasılığını da yok eder, bu yüzden bu kara delikler zararlı olamazlar.

Strangeletler

Strangeletler, neredeyse eşit sayıdaki aşağı (down), yukarı (up) kuarkları ve garip kuarkları içeren garip maddenin varsayımsal parçacıklarıdır. Eğer strangeletler  gerçekte varolsalar ve LHC'de  üretilmiş olsalardı, olası bir şekilde gezegendeki tüm çekirdeğin garip maddeye dönüşmesiyle sonuçlanacak bir denetimsiz füzyon sürecinin başlamasına neden olabilirlerdi.
Strangelet oluşma olasılığı yüksek enerjide düşer. LHC, RHIC ve 1980 ve 1990 arasındaki diğer ağır iyon programlarından daha yüksek enerjilerde çalıştığı için, LHC'de strangelet oluşma olasılığı daha da düşük. Buna ek olarak strangeletler ancak düşük sıcaklıklarda uzun ömürlü olabilir. Çok yüksek sıcaklıklarda onları bir arada tutmak çok zor çünkü bu, sıcak su içerisinde buz oluşturmaya benziyor.

Güvenlik İncelemeleri

CERN raporları
LHC Güvenlik Araştırma Grubu(bağımsız bilim insanlarından oluşan grup) LHC'nin güvenlik analizini gerçekleştirdi ve 2003'te bulgularını bir raporda yayımladı. Raporda varılan sonuca göre makul bir tehdit için herhangi bir kaynak bulunmuyordu. Argümanların birçoğu Hawking Radyasyonu'nun öngördüğü kuramsal mikro kara deliklerin buharlaşması olayına ve Standart Model'in teorik tahminlerine dayanıyordu. Kıyamet günü senaryolarına karşı çıkan diğer bir argüman ise LHC'deki enerjilerden daha yüksek enerjilerde çarpışmaların milyar yıllardır doğada kendiliğinden ve zararsız bir şekilde olduğuydu. Ultra yüksek enerjili kozmik ışınların Dünya'nın atmosferine ve evrendeki diğer cisimlere çarpması da buna bir örnek olarak gösterildi.

2007'de CERN, LHC hakkındaki yeni endişeleri incelemek için LHC'de yer almayan parçacık fizikçilerinden oluşan 5 kişilik bir grubu-LHC Güvenlik Denetleme Grubu(LSAG)-görevlendirdi.20 Haziran 2008'de, yeni deneylerin ve teorik anlayışın ışığında LSAG, 2003'teki güvenlik incelemesini de güncelleyen bir rapor yayımladı. Daha sonra rapor, CERN'ün SPC Bilimsel Komitesi tarafından yeniden incelendi. Rapor bağımsız bilim insanlarından(Peter Braun-Munzinger, Matteo Cavalli-Sforza, Gerard 't Hooft, Bryan Webber ve Fabio Zwirner) oluşan 5 kişilik bir açık oturumda tekrar incelendi ve uygun bulundu ve vardıkları sonuçlar 20 SPC üyesi  tarafından oy birliği ile onaylandı. 5 Eylül 1008'de LSAG'nin " LHC çarpışmalarının güvenliğinin incelenmesi" raporu Birleşik Krallık Fizik Enstitüsü tarafından Journal of Physics G'de yayımlandı.
LSAG'nin güvenlik raporunu sunması ardından, Amerika Fizik Derneği'nin  Parçacık Bölümü'nün Yönetici Komitesi (dünyanın ikinci en büyük fizik organizasyonu), LSAG'nin raporunu onaylayan bir bildiri yayınladı. 1 Ağustos 2008'de Alman kuantum fizikçilerinden oluşan bir grup(KET),LHC deneyleri hakkındaki endişeleri  devre dışı bırakan ve LSAG güvenlik incelemelerine bağlı olarak güven taşıyan bir açık mektup yayınladı.

Diğer Yayınlar
20 Haziran 2008'de,Steven Giddings ve Michelangelo Mangano "Kuramsal kararlı kara deliklerin astrofiziksel anlamı" adlı başlığa sahip, LHC'de kara delik oluşumu endişelerine ithafen  bir araştırma yayınladı. 18 Ağustos 2008'de,bu güvenlik incelemesi physical Review D'de basıldı ve aynı gün Giddings' ve Mangano'nun vardığı sonuçları destekleyen bir makale de yayımlandı.

9 Şubat 2009'da "exclusion of black hole disaster scenarious at the LHC" başlıklı rapor, Physics Letters B. gazetesinde basıldı. LHC'deki olası kara delik felaketlerini saf dışı bırakmaya yönelik delilleri özetleyen rapor, Giddings ve Mangano'nun raporunda yer alan kesin argümanların yanı sıra, bir dizi yeni güvenlik argümanlarına dayanıyordu.

Yasal Sorunlar
21 Mart 2008'de Walter L. Wagner ve Luis Sanchos tarafından, CERN ve Amerikan işbirlikçilerine (Birleşik Devletler Enerji Departmanı, Ulusal Bilim Vakfı ve Fermi Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı) karşı, LHC'de yapılacak olan deneyin durdurulmasına dair mahkeme kararı talep eden bir bir suçlama davası açıldı. Davacılar LHC'nin 4 ay boyunca devreye sokulmaması lehinde bir mahkeme kararı talebinde bulundu. Birleşik Devletler Federal Mahkemesi denemelerin 16 Haziran 2009'da başlaması kararına vardı.

20 Haziran 2008'de basılan LSAG incelemesi, LHC tarafından oluşabilecek yeni parçacıklar ya da madde formlarının getirilerine dayanan endişeler için hiçbir makul kaynak olmadığını buldu. Amerika Hükûmeti, hükûmet yanlılarına karşı açılan bir davada, 6 yıllık zaman aşımı ve davacılar tarafından belirtilen tehlikelerin aşırı kurgusal olması ve inandırıcı olmaması nedeniyle davanın reddini gerekli gördü.
26 Ağustos 2008'de Alman biyokimyacı Otto Rösler'nın önderlik ettiği bir grup Avrupalı vatandaş, CERN'e karşı İnsan Hakları Mahkemesi'nde bir dava açtı. Büyük Hadron Çarpıştırıcısının Avrupa Birliği'ne üye 27 devletin güvenliğini tehlikeye attığını ileri süren dava, aynı gün içerisinde reddedildi.

2009'un sonlarına doğru bir yasal durum incelemesi raporu avukat Eric Johnson tarafından Tennessee Law Review'da yayımlandı. Raporda Johnson, risk barındıran bilimsel argümanların çok karmaşık olduğunu ve sadece yıllarını parçacık fiziğine adamış insanlar tarafından anlaşılabileceğini ve bu yüzden de  mahkeme salonlarında bu konuyu tartışmanın çok da mantıklı olmadığını belirtti. Şubat 2010'da John'un makalesinin özeti New Scientist'de yayımlandı.

Şubat 2010'da Almanya Federal Anayasa Mahkemesi LHC çalışmalarını durdurmaya yönelik mahkeme emri dilekçesini, muhaliflerin teorilerine uygun geçerli deliller bulmakta başarısız olmaları nedeniyle reddetti. Daha sonraki bir dilekçe ise Köln İdari Mahkemesi tarafından Ocak 2011'de reddedildi.

Ayrıca bakınız

Kaynakça

Dış bağlantılar 
 "The safety of the LHC", CERN webpage.
 "The LHC is safe" (video), talk by John Ellis at CERN, on 14 August 2008.

CERN
Large Hadron