高能粒子对撞实验的安全性

高能粒子对撞实验的安全性问题在相对论性重离子对撞机（RHIC）以及大型强子对撞机（LHC）建设和承担任务期间受到了广泛关注和议论。公众担心用于制造新的粒子和物质形态的高能可能会产生有害的物质状态甚至导致全球灾难危机。在LHC即将投入运行的2008年至2010年间，有关其安全性的争论更为激烈。其中涉及到的风险包括产生稳定的微型黑洞或是制造出假定存在的奇异夸克团CERN之后又委托了一批隶属于中心但不参与LHC项目的物理学家做了另一次评估。在2008年发表的报告中，他们基于对于安全性的新的研究结果重申了LHC对撞实验的安全性。这份报告得到了20位CERN外部科学家组成的委员会和美国物理学会粒子和场部执行委员会的审核和认可，随后在受同行评审的刊物《》中发表。发行这一刊物的英国物理学会也认可报告的结论。

报告排除了大型强子对撞机导致全球灾难危机的可能性，并表示LHC、RHIC以及其他实验中的物理情形和碰撞事件在宇宙中自发而定期地发生，而没有导致有害的后果。LHC由位于瑞士日内瓦的欧洲核子研究中心（CERN）建造。LHC的主要建设目的是为了探究目前粒子物理学的理论图景标准模型的有效性和限度。LHC在2009年11月启动后不久即发生了首次粒子碰撞，每束粒子的能量高达。首次经事前规划的粒子碰撞于2010年3月30日发生，每束粒子的能量高达，创造了当时人造粒子碰撞的能量记录。到了2012年，每束粒子的能量增加到了。经过了2013年至2014年间的升级，2015年至2016年间发生的粒子对撞中，单束质子的能量即可高达。

此前在RHIC建设期间，公众也有过类似的顾虑。牛津大学物理学教授弗兰克·克洛斯在当时这样评价道：“（产生奇异夸克团的）可能性与连着三周中彩票大奖差不多。不过问题就是人们相信自己确实可以连着三周赢彩票。”

相对论性重离子对撞机
公众曾担忧相对论性重离子对撞机（RHIC）可能带来不利影响。而在细致研究后，科学家得到这样的结论：“在合理的怀疑范围内，RHIC中进行的重离子实验不会对我们的星球产生威胁，”并且有“足够的实验证据排除危险的奇异夸克团产生的可能性”。

在RHIC开始执行任务之前，批评者提出对撞机中极高的能量会导致灾难性的后果，比如制造出代表另一种量子真空（参见假真空）的黑洞，或是制造出比一般物质更稳定的奇异物质。虽然这些假说千差万别，但其中许多都预言了地球毁灭。依据各自理论，时间从几秒至几千年不等。但太阳系中的天体（比如说月球）在过去几十亿年的时间里都会遭到宇宙射线的轰击。这些宇宙射线所具有的能量比RHIC以及其他人造粒子撞击的能量要高得多。而太阳系却并没有因此受到损害。这一事实是对这些假说的最有力的回击。至于产生奇异夸克团的可能性，牛津大学物理学教授弗兰克·克洛斯认为：“ 与连着三周中彩票大奖差不多。不过问题就是人们相信自己确实可以连着3周赢彩票。”并且有“足够的实验证据排除危险的奇异夸克团产生的可能性”。

讨论过程
争论始于1999年登载于《科学美国人》杂志中瓦尔特·L·瓦格纳，不过又在1978年将该结果撤回。}}与普林斯顿高等研究所的弗兰克·维尔切克有关M·慕克吉之前发表的文章的往来信件。传统媒体对于此事的报道始于英国《星期日泰晤士报》1999年7月18日登载的J·利克的文章之后不久美国媒体也开始报道此事。布鲁克黑文国家实验室主任约翰·马伯格为此召集委员会做调查。争论在调查报告发表后基本终止，灾难性后果的可能性在表面上得到排除。然而，报告还是留下没有完全解决的问题。比如，穿过地球的相对论性宇宙射线与静止的RHIC撞击产物性质是否会有所不同。以及高能质子和地球或月球的碰撞与RHIC中金核间的碰撞本质上是否相同。瓦格纳之后试图通过在纽约市和旧金山两地提起联邦诉讼的手段阻止RHIC的满能量撞击，但没有成功。由于旧金山法院在此案的优先级较高，在纽约市的起诉先遭到技术性驳回。而旧金山法院也驳回了起诉，不过允许瓦格纳在向法庭提交进一步的信息后再次提诉。

2005年3月17日，BBC发布了一篇文章暗指研究员也相信RHIC中确实产生了黑洞。然而，文章引用的讷斯塔塞的论文和《新科学家》中的文章说的却是只有在量子色动力学与闵可夫斯基空间和AdS/CFT理论的AdS5 × X5空间对应时，RHIC中产生的热致密的对应体才是黑洞。换句话说，二者只是在数学性质上相似。因此RHIC中的碰撞在AdS/CFT可以通过与量子引力相关的数学理论描述，但实际的物理现象并不相同。

大型强子对撞机
而到了LHC要承担任务时，之前反对RHIC的瓦尔特·L·瓦格纳、西班牙科普作家路易斯·桑乔以及德国生物化学家奥托·勒斯勒尔都对LHC的安全性表示担忧，并试图通过向美国和欧洲的法庭提出申诉来阻止实验启动。这些反对者认为LHC的实验有制造低速微型黑洞的潜在可能。那些黑洞可能会吸收物质或向外界释放危险的辐射，从而导致地球毁灭 。其他潜在风险包括奇异夸克团、磁单极子以及真空气泡等与助理研究员托比·奥德等人表示LHC实验付诸实施的风险太高。英国宇宙学家和天体物理学家马丁·里斯在他的书《》中计算了大型强子对撞机导致全球性灾难或制造出黑洞的概率上限为五千万分之一。 他认为：“我的书中的一两处曾遭误用。我愿意告诉你安全性研究的即时情况。”。2008年9月9日，罗马尼亚保守党在欧盟委员会访问布加勒斯特之前举行抗议集会，要求中止该实验，因为他们担心LHC会制造出危险的黑洞。

媒体报道
对于LHC的安全担忧得到了媒体广泛的关注。数家发行量很大的报刊报道了与对撞机有关的末日恐慌，其中包括《泰晤士报》、《卫报》、《独立报》、《悉尼先驱晨报》以及《时代周刊》。相对于其他家媒体，CNN表示“虽然有些人担心这项计划会导致地球毁灭”，但依照约翰·胡思等科学家的意见，那些纯属“无稽之谈”并试图消除有关“那台原子破碎机可能会引起地震或是其他危险的轰隆隆”的担忧，他们认为LHC不会有任何危险2008年9月10日，印度萨朗格普尔的一名16岁少女因为听到当地媒体有关LHC的报道中给出的末日即将来到的预言后抑郁自杀。在联邦起诉遭到驳回后，瓦尔特·L·瓦格纳接受每日秀记者约翰·奥利弗的采访，表示他相信LHC毁灭地球的可能性高达50%，因为那件事要么发生要么不发生。

具体问题
微型黑洞
科学家依照粒子物理的标准模型预测LHC的能量远不足以产生黑洞。不过一些超越标准模型的物理学理论则假定会存在额外的空间维度。在那些维度上，LHC每秒会产生一个微型黑洞。依据标准计算，这些微型黑洞是无害的，因为它们很快就会随霍金辐射消失掉。LHC安全性评估小组（LSAG）表示：“虽然现在物理学界普遍认同霍金辐射确实存在，但目前没有实验设备具有足够高的灵敏度直接检出这种辐射。”

{{quote|稳定黑洞要么具有电荷，要么是电中性的。……如果稳定微观黑洞没有电荷，它们与地球的相互作用就会非常微弱。那些由宇宙线产生的微型黑洞会穿过地球回到宇宙，而不带来任何不良影响。不过LHC产生的微型黑洞可能会留在地球上。不过，宇宙中有比地球更大更稠密的天体。 由宇宙线和中子星或白矮星碰撞而产生的黑洞也会是静止的。但这些致密天体以及地球仍然继续存在的事实可以排除LHC会产出危险黑洞的可能性。。2008年7月4日，勒斯勒尔会见CERN的物理学家罗尔夫· 兰杜亚，与他讨论LHC的安全性。在会谈后，兰杜亚邀请另一名专家阿尔伯特·爱因斯坦研究所主任赫尔曼·尼古拉来审查勒斯勒尔对自己观点的论证。他认为勒斯勒尔的文章“不能通过严肃期刊的审查流程”。2008年8月1日，德国基本粒子委员会（KET）。但这次会见后来被取消，因为人们相信勒斯勒尔和他的同伴只是为了提高自己的知名度。

2008年8月10日，德国天体物理学家赖纳·普拉格在arXiv上发表论文称LHC安全性研究并没有完全排除围观黑洞带来的潜在威胁，这其中包括可能具有危险性的黑洞发出的霍金辐射。史蒂文· 吉丁斯和米凯兰杰洛·曼加诺随后也在arXiv上发表论文《假定存在的稳定TeV量级黑洞的天体物理学影响》（"Astrophysical implications of hypothetical stable TeV-scale black holes"）回应普拉格的意见。他们认为普拉格的计算存在前后矛盾的地方，并提出LHC安全性评估报告的结论仍然 不可动摇为了回应批评意见，普拉格先后在2008年9月26日和2009年8月9日更新了他的论文。这份报告得到了由五名独立科学家组成的评审小组的审核和认可，小组成员包括：彼得·布劳恩-蒙青格尔、马泰奥·卡瓦利-斯福尔扎、杰拉德·特·胡夫特、以及法比奥· 茨维尔纳。他们的结论获得了SPC的全部20名成员的一致认可。发表公开信进一步驳斥对LHC实验的指责，并基于LSAG的安全性评估保证LHC实验的安全性。

其他报告
2008年6月20日，史蒂文·吉丁斯和米凯兰杰洛·曼加诺发表论文《假定存在的稳定TeV量级黑洞的天体物理学影响》（"Astrophysical implications of hypothetical stable TeV-scale black holes"），他们在该篇论文中通过论证排除了LHC中产生的黑洞的风险。2008年8月18日，这份安全性评估在《物理评论D》上发表。同日，另一篇发表于期刊《物理学》的评论文章中，吉丁斯和曼加诺的结论得到了认可。LSAG的报告在这项研究中发挥了重要作用。这篇文章基于大量新的安全性论证（包括吉丁斯和曼加诺文章中提出的论证），汇总了当时的证据，排除了LHC中黑洞灾难的可能性。原告方要求LHC在LSAG最近的安全报告发表后的4个月内不得启动，并要求在有足够证据证明LHC具有工业标准的安全性前不得启动。依美国联邦法院安排，庭审于2009年6月16日开始。

LSAG的评估报告在接受外界评审后于2008年6月20日发表，给出结论“对于LHC中可能产生的新的粒子或物质形式带来的后果的担忧没有任何依据”。夏威夷地区法院听取了政府的动议，于2008年9月2日驳回了诉状。2010年8月24日，法院驳回了原告方的追诉。

2008年8月26日，德国生物化学家奥托·勒斯勒尔率领一批欧盟公民，向位于斯特拉斯堡的欧洲人权法院起诉CERN，称大型强子对撞机对于欧盟的27个成员国及其公民构成严重的风险。诉状即日被法院驳回。。只有致力于粒子物理学研究多年的学者才能理解对实验风险复杂的科学论证。但这样的学者由于付出了多年的努力，会不可避免地偏向支持实验的立场。如果这些人威胁到实验的持续，他们也会遭受来自同行严厉的指责。因此在这篇评述中，约翰逊提出：“在这种情况下，就不知道是否应该将粒子物理证词呈送至法庭了。”2010年2月，约翰逊文章的概要在《新科学家》上发表。

2010年2月，德国联邦宪法法院在没有听证的情况下，驳回了要求中止LHC运行的请愿书，宣布原告方没有为自己的主张提供足够有说服力的证据。2011年1月，科隆行政法院驳回了追加的请愿书。而对此裁定的申诉也在2012年10月被北莱茵-威斯特法伦高等行政法院驳回。

注释
参考文献
外部链接

• [http://public.web.cern.ch/public/en/LHC/Safety-en.html "The safety of the LHC"] （《LHC的安全性》），CERN主页。
• [http://cdsweb.cern.ch/record/1120625?ln=en "The LHC is safe"] （“LHC是安全的”），2008年8月14日在CERN做的访谈。