Máy gia tốc LHC năm 2008 có tạo hố đen nuốt Trái Đất không

Không. Máy Va chạm Hadron Lớn (LHC) của CERN không thể tạo ra hố đen nuốt Trái Đất. Lý do mạnh nhất rất đơn giản: tia vũ trụ từ không gian đã va vào Trái Đất, Mặt Trăng, Mặt Trời và các sao đặc hàng tỷ năm nay với năng lượng cao hơn nhiều so với va chạm trong LHC, và các thiên thể đó vẫn còn nguyên. LHC đã chạy từ năm 2008 tới nay, phát hiện hạt Higgs năm 2012, và Trái Đất vẫn bình thường.

LHC là gì

LHC (Large Hadron Collider) là máy gia tốc hạt lớn nhất thế giới, do Tổ chức Nghiên cứu Hạt nhân châu Âu (CERN) xây dựng, nằm trong đường hầm vòng tròn dài khoảng 27 km dưới lòng đất ở biên giới Thuỵ Sĩ – Pháp, gần Geneva. Hai chùm proton được tăng tốc gần bằng tốc độ ánh sáng, chạy ngược chiều nhau, rồi cho va chạm tại một số điểm có đặt máy dò khổng lồ như ATLAS và CMS.

Mục đích là tái tạo, ở quy mô cực nhỏ, điều kiện năng lượng cao để nghiên cứu các hạt cơ bản và lực tự nhiên. Năng lượng mỗi va chạm tính bằng teraelectronvolt (TeV): lớn so với thế giới hạt, nhưng tính theo đơn vị đời thường thì tương đương động năng của vài con muỗi đang bay. Điều đặc biệt là năng lượng đó dồn vào một không gian nhỏ hơn hạt nhân nguyên tử.

Nỗi lo hố đen bắt đầu thế nào

Một số mô hình vật lý lý thuyết, chủ yếu những mô hình giả định không gian có thêm chiều ẩn, cho rằng ở năng lượng đủ cao có thể sinh ra hố đen vi mô, nhỏ hơn rất nhiều so với một hạt proton. Ý tưởng này xuất hiện trong các bài báo khoa học đầu thập niên 2000 như một khả năng thú vị để kiểm tra lý thuyết, không phải như một mối nguy.

Khi báo chí đại chúng biết đến, cụm từ "máy gia tốc tạo ra hố đen" nghe như kịch bản tận thế hoàn hảo. Nỗi lo không chỉ có hố đen; người ta còn bàn về "strangelet" (một dạng vật chất lạ giả định) và về khả năng thay đổi trạng thái chân không. Những nỗi lo tương tự đã từng nổi lên quanh máy gia tốc RHIC ở Mỹ cuối thập niên 1990, và các nhà vật lý khi đó đã viết báo cáo an toàn chi tiết.

Kiện ra toà

Đầu năm 2008, hai người ở Mỹ là Walter Wagner và Luis Sancho nộp đơn kiện lên toà án liên bang ở Hawaii, đề nghị hoãn vận hành LHC cho tới khi có thêm đánh giá an toàn. Toà bác đơn với lý do không có thẩm quyền đối với một dự án quốc tế đặt ở châu Âu. Một số đơn khác gửi tới toà án ở châu Âu cũng không được chấp nhận. Các vụ kiện này làm câu chuyện càng lên báo nhiều hơn quanh thời điểm khởi động.

Lập luận khoa học: vì sao an toàn

Năm 2008, CERN công bố báo cáo của Nhóm Đánh giá An toàn LHC (LSAG), dựa trên các phân tích độc lập, trong đó có bài nghiên cứu của nhà vật lý Steven Giddings và Michelangelo Mangano về hố đen vi mô. Lập luận chính gồm:

1. Thiên nhiên đã làm "thí nghiệm" này từ lâu

Tia vũ trụ là các hạt năng lượng cao từ không gian, liên tục va vào bầu khí quyển. Một số tia có năng lượng cao hơn va chạm trong LHC rất nhiều lần. Tính tổng cộng, chỉ riêng Trái Đất đã hứng số va chạm năng lượng cao tương đương với vô số chương trình thí nghiệm kiểu LHC trong suốt lịch sử của nó. Nếu những va chạm này có thể tạo ra thứ huỷ diệt hành tinh, Trái Đất, Mặt Trăng và các hành tinh khác đã không còn.

2. Sao đặc là "máy dò" tốt nhất

Người hoài nghi đặt câu hỏi: hố đen sinh ra từ tia vũ trụ bay rất nhanh nên xuyên qua Trái Đất mà đi, còn hố đen trong LHC có thể chậm hơn và bị giữ lại. Giddings và Mangano xét đúng trường hợp đó: sao lùn trắng và sao neutron đặc tới mức sẽ "bắt giữ" được cả hố đen vi mô bay nhanh. Các thiên thể này đã tồn tại hàng tỷ năm dù liên tục bị tia vũ trụ bắn phá. Từ đó, nếu hố đen vi mô bền vững có hại, chúng ta đã không thấy những sao đó tồn tại lâu như vậy.

3. Hố đen vi mô, nếu có, sẽ bốc hơi

Theo lý thuyết của Stephen Hawking, hố đen phát ra bức xạ và mất khối lượng; hố đen càng nhỏ bốc hơi càng nhanh. Một hố đen vi mô cỡ có thể sinh ra trong LHC, nếu có, sẽ tan biến gần như tức thì. Lập luận thiên văn ở trên được đưa ra để bảo đảm an toàn ngay cả khi bức xạ Hawking không xảy ra như dự đoán.

4. Và LHC chưa từng thấy hố đen vi mô nào

Thực tế sau hơn một thập kỷ vận hành, các nhóm thí nghiệm đã tìm kiếm dấu hiệu hố đen vi mô và chiều không gian phụ. Kết quả là không thấy. Điều này cũng có nghĩa các mô hình dự đoán hố đen ở năng lượng LHC bị thu hẹp lại.

Mốc thời gian LHC

Sự cố 19/9/2008 có liên quan tới tận thế không

Không. Chín ngày sau khi khởi động, một mối nối điện giữa hai nam châm siêu dẫn bị hỏng, gây phóng điện và làm một lượng lớn heli lỏng thoát ra, hư hại nhiều nam châm. Đây là sự cố kỹ thuật thuần tuý, giống như hỏng một mối hàn trong hệ thống làm lạnh, không có gì liên quan tới hố đen hay vật chất lạ. Tuy vậy, trên mạng lúc đó có người đem sự cố ra làm "bằng chứng" cho đủ thứ giả thuyết, một ví dụ điển hình về cách mọi tin tức đều có thể bị kéo vào câu chuyện tận thế.

Vì sao nỗi lo vẫn đáng được trả lời nghiêm túc

Điều đáng học ở chuyện LHC là cách giới khoa học phản ứng. Thay vì gạt đi, CERN cho công bố báo cáo an toàn, mời nhà vật lý độc lập rà soát, giải thích bằng ngôn ngữ phổ thông, mở cửa đón báo chí. Lập luận tia vũ trụ được trình bày rõ ràng tới mức ai chịu đọc cũng theo được.

Nỗi sợ "khoa học làm điều nguy hiểm mà dân thường không biết" là có thật và dễ hiểu. Cách đáp lại tốt nhất là minh bạch: công khai rủi ro, cách đánh giá, và để người ngoài kiểm tra. LHC là một ví dụ tốt về điều đó.

Góc nhìn hôm nay: tìm hiểu thêm về LHC

• Trang web CERN có mục giải đáp an toàn LHC, giải thích lập luận tia vũ trụ cho công chúng.
• Tham quan: CERN mở cửa cho khách tham quan miễn phí với khu triển lãm Science Gateway khai trương năm 2023 ở Geneva. Nếu có dịp tới Thuỵ Sĩ, đây là nơi đáng ghé.
• Sách: các cuốn phổ biến khoa học về hạt Higgs, như The Particle at the End of the Universe (2012) của Sean Carroll, kể lại quá trình săn tìm Higgs và có nhắc tới cơn sốt hố đen.
• Đọc một bài báo khoa học thật: bản báo cáo LSAG năm 2008 khá ngắn, viết rõ ràng, là ví dụ tốt để thấy các nhà khoa học đánh giá rủi ro thế nào.