¿Qué son los ‘mini’ agujeros negros?

En libros y películas, los agujeros negros capturan incautas naves espaciales y planetas, se tragan galaxias u ofrecen portales a otras partes del universo. Por tanto, la idea de que con el arranque del Gran Colisionador de Hadrones (LHC), los físicos finalmente tengan una máquina lo bastante potente para, potencialmente, crear ‘mini’ agujeros negros, provocó cierta alarma.

Pero, ¿qué sabemos realmente sobre los agujeros negros? ¿Y cómo de diferente sería un ‘mini’ respecto a sus primos gigantes que merodean por el espacio?

“Los agujeros negros más simples son objetos con una singularidad en su centro y que están rodeados por un ‘horizonte de eventos’”, explica Cigdem Issever del Departamento de Física de la Universidad de Oxford. “Una vez que algo se acerca a un agujero negro a menos del radio del horizonte de eventos, no puede escapar: ni siquiera la luz puede escapar y de ahí el nombre de ‘agujero negro’ que le dio a estos objetos John Archibald Wheeler en 1967″.

Un agujero en el Sol

Producir agujeros negros es un tema de masa (energía): compacta masa en una esfera con un radio igual a lo que se conoce como ‘radio de Schwarzschild’ – un umbral más allá del cual la gravedad provoca que un objeto de cierta densidad colapse sobre sí mismo – y se formará un agujero negro.

“De hecho, el tamaño del radio de Schwarzschild es directamente proporcional a la cantidad de masa que se compacta, así como directamente proporcional a la fuerza de la gravedad”, me comenta Cigdem.

“Por ejemplo, para formar un agujero negro a partir de nuestra Tierra, tendrías que compactar su masa en una esfera de aproximadamente el radio de una canica (una radio de 8,9 mm). Por comparación, el radio de Schwarzschild del Sol es de 3 km”.

Entonces, ¿Qué pasaría si nos cambiasen nuestro Sol por un agujero negro?

“Si reemplazamos nuestro Sol con un agujero negro de la misma masa, sorprendentemente, no cambiaría mucho nuestro Sistema Solar. La órbita de los planetas permanecería igual debido a que el campo gravitatorio que produciría el agujero negro sería exactamente igual que el del Sol. Aunque, hay que reconocerlo, ¡el Sistema Solar sería un poco más frío y oscuro!”

Pero el interés de Cigdem en los agujeros negros no es teórico, como física de partículas, buscará las firmas de los ‘mini’ agujeros negros en las colisiones del LHC:

“Me empecé a interesar en ellos como física de partículas en 2003 debido a que los modelos de dimensiones extra predicen que pueden producirse en los rayos cósmicos de alta energía y, de ser así, incluso en los aceleradores de partículas. Si realmente somos capaces de producirlos, podría darnos una visión experimental a los efectos gravito-cuánticos”.

Espera que estudiarlos pueda llevar a la formulación de una teoría cuántica de la gravedad: casar la Teoría de la Relatividad General de Einstein (que describe la gravedad a gran escala) con la mecánica cuántica (que describe la física a distancias muy pequeñas.

El LHC está colisionando protones entre sí. Estos protones están hechos de constituyentes menores, los conocidos como ‘partones’ que son en realidad las partículas que colisiona el LHC. El radio de Schwarzschild para dos partones en colisión – quarks y gluones por ejemplo – en el LHC es al menos 15 órdenes de magnitud menor que la longitud de Planck – la menor distancia o tamaño que puede llegar a alcanzar un objeto en nuestro universo común.

“Esto significa que, en los modelos convencionales de física, no hay forma de que un agujero negro se genere en una colisión de dos partones. No obstante, hay modelos en el mercado que sugieren que la fuerza de la gravedad pudiera ser significativamente mayor a distancias muy pequeñas, 10³⁸ [10 con 38 ceros] veces mayor”, señala.

“De ser cierto, entonces el radio de Schwarzschild de dos partones en colisión se hace lo bastante grande para que, en el centro de masas-energía del LHC, el que dos partones sobrepasen el radio de Schwarzschild no sea improbable. Por tanto, puede que seamos capaces de producir agujeros negros microscópicos después de todo”.

¿Quién teme a un ‘mini’ agujero negro?

Entonces, ¿cómo serían estos agujeros negros? ¿Deberíamos preocuparnos por ellos?

Cigdem me cuenta: “De acuerdo con Stephen Hawking, rigurosamente no serían agujeros negros. Se evaporarán en un tiempo aproximado que sigue el espectro de radiación de cuerpo negro. El índice de evaporación sería inversamente proporcional a la masa del agujero negro”.

“Los agujeros negros astronómicos son tan masivos que su índice de evaporación es despreciable. Por contra, los mini agujeros negros están calientes: increíblemente calientes. El núcleo del Sol está a unos 15 000 000 Kelvin – para acercarte a la temperatura de un mini agujero negro tendrías que añadir otros 42 ceros”.

“Lo que indica esta increíble temperatura es que los mini agujeros negros de masa diminuta se “evaporan” en el muchísimo más frío espacio de alrededor casi infinitamente rápido. Su tiempo de vida esperado es de alrededor de un millón de septillones de nanosegundo – por lo que desaparecerían casi a la misma vez de crearse”.

Si aparecen, casi instantáneamente estallarán en muchas partículas que el detector ATLAS debería captar.

“Estas partículas tendrán unas características muy impactantes. La energía total depositada en el detector será del orden de unos pocos TeVs [Tera electrón voltios] y el número de partículas del estado final será mayor. La firma de los agujeros negros difícilmente puede ser imitada por otra nueva física por lo que, si se están generando, será difícil pasarlos por alto”, añade Cigdem.

Por lo que la caza comienza: el 30 de marzo el LHC tiene previsto colisionar a energías de 7 TeV que pueden permitirnos ver algunos efectos de gravedad cuántica por primera vez.

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Autor: Pete Wilton
Fecha Original: 29 de marzo de 2010
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Vía: Ciencia Kanija