Welche Sicherheitsvorkehrungen gibt es am CERN, um die Sorge zu entkräften, dass bei Experimenten gefährliche Schwarze Löcher entstehen könnten?

Die Sorge, dass am CERN (Europäische Organisation für Kernforschung) durch Teilchenkollisionen im Large Hadron Collider (LHC) „gefährliche“ Schwarze Löcher entstehen könnten, war besonders vor der Inbetriebnahme des Beschleunigers im Jahr 2008 ein großes Medienthema.

Das CERN hat diese Bedenken sehr ernst genommen und umfangreiche wissenschaftliche Sicherheitsberichte erstellt. Hier sind die wichtigsten Argumente und Sicherheitsvorkehrungen, die zeigen, warum diese Sorge unbegründet ist:

1. Das Argument der kosmischen Strahlung (Der wichtigste Sicherheitsnachweis)

Die Natur führt seit Milliarden von Jahren Experimente durch, die weit über das hinausgehen, was der LHC leisten kann. Die Erde und andere Himmelskörper (wie der Mond) werden ständig von hochenergetischer kosmischer Strahlung getroffen.

• Diese Teilchenkollisionen in der Erdatmosphäre haben teilweise millionenfach höhere Energien als die im LHC.
• Wären solche Kollisionen in der Lage, stabile, gefährliche Schwarze Löcher zu erzeugen, hätte dies in der Geschichte des Universums bereits unzählige Male passieren müssen. Da die Erde, der Mond und andere Sterne trotz dieser permanenten „Beschießung“ seit Milliarden von Jahren existieren, ist bewiesen, dass solche Kollisionen keine Gefahr darstellen.

2. Hawking-Strahlung (Verdampfen von Schwarzen Löchern)

Sollten im LHC tatsächlich winzige, mikroskopische Schwarze Löcher entstehen (was theoretisch nur in speziellen Modellen mit „Extradimensionen“ möglich wäre), würden sie den Gesetzen der Quantenmechanik unterliegen.

• Nach der Theorie von Stephen Hawking geben Schwarze Löcher Strahlung ab (Hawking-Strahlung).
• Je kleiner ein Schwarzes Loch ist, desto schneller strahlt es Energie ab und verliert an Masse.
• Ein mikroskopisches Schwarzes Loch am CERN wäre so winzig, dass es in einem winzigen Bruchteil einer Sekunde ($10^{-27}$ Sekunden) zerstrahlen und „verdampfen“ würde. Es hätte gar keine Zeit, Materie aus seiner Umgebung aufzusaugen.

3. Fehlende Gravitationskraft

Ein am CERN erzeugtes Schwarzes Loch hätte nur die Masse der kollidierenden Teilchen (entsprechend der Energie von ein paar fliegenden Mücken).

• Ein solches Objekt hätte eine extrem schwache Gravitationswirkung. Im Gegensatz zu astronomischen Schwarzen Löchern, die die Masse ganzer Sterne haben, hätte ein mikroskopisches Schwarzes Loch nicht genug „Sog“, um Materie in der Nähe anzuziehen. Es würde sich eher wie ein instabiles Elementarteilchen verhalten als wie ein „Staubsauger“.

4. Der LSAG-Bericht (LHC Safety Assessment Group)

Das CERN hat eine Gruppe unabhängiger Wissenschaftler (die LSAG) beauftragt, die Sicherheit der Experimente zu prüfen.

• Ihr Bericht wurde 2003 erstellt und 2008 mit den neuesten Daten aktualisiert.
• Der Bericht wurde von einem Gremium aus 20 externen Wissenschaftlern, darunter Nobelpreisträger, begutachtet und bestätigt.
• Das Ergebnis: Die Kollisionen im LHC sind sicher und stellen keine Gefahr für die Menschheit oder den Planeten dar.

5. Mikroskopische Größe vs. Makroskopische Wirkung

Ein oft missverstandener Punkt ist die Größe: Ein im LHC erzeugtes Schwarzes Loch wäre kleiner als ein Proton. Um überhaupt Materie „fressen“ zu können, müsste es mit einem Atomkern kollidieren. Da Atome jedoch größtenteils aus leerem Raum bestehen, würde ein solches winziges Loch (selbst wenn es stabil wäre) einfach durch die Erde hindurchfliegen, ohne jemals mit etwas zusammenzustoßen, und am anderen Ende in den Weltraum austreten.

Fazit

Die Sicherheitsvorkehrungen am CERN basieren nicht nur auf theoretischen Berechnungen, sondern vor allem auf der Beobachtung der Natur. Da die Natur durch kosmische Strahlung ständig weitaus energiereichere Kollisionen ohne Folgen durchführt, ist das Risiko am CERN faktisch bei null. Das CERN ist eine der am besten überwachten und wissenschaftlich geprüften Forschungseinrichtungen der Welt.