La colisión de partículas SÍ puede crear agujeros negros

Habrán oído algo sobre esta controversia. Los físicos de partículas predicen que el nuevo impactador de átomos de máxima energía del mundo, el Gran Colisionador de Hadrones (Large Hadron Collider , LHC) ubicado cerca de Ginebra, Suiza, podría crear pequeños agujeros negros que, dicen, serían un fantástico descubrimiento

Algunos apocalípticos temen que estos agujeros negros puedan tragarse la Tierra —aunque los físicos dicen que esto es imposible— y han pedido a las Naciones Unidas que detengan el uso del LHC, que ha costado 5.500 millones de dólares. Curiosamente, sin embargo, nadie había demostrado nunca que la predominante teoría de la gravedad, la Teoría de la Relatividad General de Einstein, en verdad predice que se puede crear un agujero negro de esta manera. Ahora un modelo por computadora mostró de modo concluyente, por primera vez, que una colisión de partículas sí puede crear un agujero negro.

“Me habría sorprendido mucho si hubiese sido de otra forma”, dice Joseph Lykken, físico en el Laboratorio de Acelerador Nacional Fermi en Batavia, Illinois. “Pero es importante tener gente que sabe cómo se forman los agujeros negros observando esto en detalle”.

La clave para formar un agujero negro es poner suficiente masa o energía atestada en un volumen lo bastante pequeño, como sucede cuando colapsa una estrella masiva. De acuerdo con la Teoría de la Relatividad General de Einstein, la masa y la energía curvan el espacio y el tiempo, o espacio-tiempo, para crear el efecto que percibimos como gravedad. Si se junta una gran masa o energía en un espacio suficientemente pequeño, esa curvatura se vuelve tan severa que nada puede escapar, ni siquiera la luz. Así que el objeto se convierte en un agujero negro. Y dos partículas pueden crear un minúsculo agujero negro de esta manera si chocan con una energía por encima de un límite fundamental al que se le llama energía de Planck.

O bueno, esto es lo que habían supuesto los físicos. Los investigadores han basado esta predicción en la conocida como Conjetura de Anillo (o “de aro”, Hoop Conjecture), una regla general que indica cuánto debe comprimirse un objeto de cierta masa para crear un agujero negro, dice Matthew Choptuik de la Universidad de British Columbia en Vancouver, Canadá. Un cálculo de la década de 1970 también dice que una colisión de partículas podría crear un agujero negro, señala Choptuik, pero este cálculo modelaba las propias partículas como agujeros negros y, por tanto, puede haber sido ajustado para producir el resultado que se deseaba.

Ahora Choptuik y Frans Pretorius, de la Universidad de Princeton, simularon estas colisiones, incluyendo todos los detalles matemáticos extremadamente complejos de la relatividad general. Para simplificar y hacer genéricas las simulaciones, modelaron las dos partículas como objetos hipotéticos conocidos como estrellas de bosones, que son similares a los modelos que describen a las estrellas como esferas de fluidos. Utilizando cientos de computadoras, Choptuik y Pretorius calcularon las interacciones gravitatorias entre las partículas en colisión y encontraron que se formaba un agujero negro si las dos partículas chocaban con una energía total de alrededor de un tercio de la energía de Planck, ligeramente menor de la energía predicha por la conjetura del aro, como reportan en un artículo en la revista Physical Review Letters.

¿Significa esto que el LHC va a crear agujeros negros? No necesariamente, dice Choptuik. La energía de Planck es un 10¹⁸ veces (un trillón) el máximo del LHC. Así que la única forma para que el LHC pueda crear agujeros negros es si en lugar de ser un espacio tridimensional, en realidad tuviese más dimensiones curvadas en minúsculos bucles demasiado pequeños para detectarse, excepto en una colisión de partículas de alta energía. Estas dimensiones extra, previstas por ciertas teorías, efectivamente podrían disminuir la energía de Planck en un factor muy grande. “Me sorprendería mucho si hubiese una detección positiva de la formación de un agujero negro en el acelerador”, dice Choptuik. Los físicos dicen que esos agujeros negros se desintegrarían, sin peligro, en partículas comunes.

“Es un verdadero homenaje a sus habilidades que ellos fueran capaces de llevar a cabo esta simulación por ordenador”, dice Steve Giddings, teórico de la gravedad en la Universidad de California en Santa Bárbara. Simulaciones así podrían ser importantes para estudiar las colisiones de partículas y la formación de agujeros negros en mayor detalle, opinó. Es más, puede que sea la única forma de estudiar el fenómeno si el espacio no tiene dimensiones extra y la energía de Planck sigue estando deseperanzadoramente fuera de nuestro alcance.

Fuente: Science.

Vía Axxón