En los últimos dos años todos hemos oído hablar del célebre LHC (Large Hadron Collider), el gran colisionador de hadrones. Y ha sido a raíz de ello que palabras como antimateria o miniagujeros negros se han popularizado relativamente. Ha sido tal la preocupación suscitada que incluso la Sociedad Americana de Física ha tenido que salir al paso recientemente y publicar un artículo sobre la potencial formación de agujeros negros en el LHC. Sin embargo, muchas personas siguen insistiendo: ¿es realmente posible la formación de agujeros negros en el LHC y, sobre todo, podrían resultar peligrosos? Bien, aprovechemos la inquietud y el miedo para aprender algunas cosas tremendamente interesantes, pero sin detenernos en detalles excesivamente complejos.
La teoría más ampliamente aceptada por la comunidad científica para la descripción de las partículas elementales y sus interacciones es el denominado Modelo Estándar, cuya validez ha sido corroborada por multitud de experimentos. Sin embargo, los físicos no están satisfechos y piensan que el Modelo Estándar no constituye una teoría completa, sino que más bien representa una aproximación de baja energía de un modelo más general, válido también a altas energías. Desgraciadamente, la tecnología disponible hasta la fecha en los aceleradores de partículas no ha permitido alcanzar esas altas energías necesarias para poner de manifiesto los fenómenos esperados. Pero ha sido a partir de la puesta en funcionamiento de complejos como el LHC que los científicos han comenzado a proponer y sugerir teorías que expliquen lo que cabría esperar observar en instalaciones como ésta. Concretamente, la formación de diminutos agujeros negros es una de las cosas que se espera poder detectar.
Normalmente, cuando oímos la palabra agujero negro pensamos en los inmensos objetos estelares, productos de las fases finales en la evolución de las estrellas, cuando no en los denominados agujeros negros masivos, alojados, según creemos, en los centros de las galaxias. Sin embargo, los agujeros negros a los que aludimos cuando hablamos del LHC u otros superaceleradores de partículas son muy diferentes. De hecho, uno de los requisitos esenciales que deben darse para la producción de aquéllos es la existencia de las llamadas dimensiones extras. ¿Por qué?
Aunque la razón es compleja y guarda relación con las teorías de cuerdas, dicho de una forma sencilla, las condiciones gravitatorias, tan diferentes a las que experimentamos en nuestra vida cotidiana, producidas por estos agujeros negros requieren forzosamente que hayan dimensiones espaciales adicionales a las tres que conocemos y experimentamos, pues se piensa que la gravedad debe extenderse y dejar sentir sus intensos efectos también en estas dimensiones. Es debido al extraordinariamente pequeño tamaño de las mismas que resulte absolutamente imprescindible acercar entre sí los protones que colisionan en el interior del anillo del LHC (con sus 27 kilómetros de circunferencia) a distancias inimaginablemente pequeñas, justamente del orden del tamaño de las supuestas dimensiones extras (unas 10 billonésimas de milímetro). Podrían, de esta manera, generarse extraordinariamente diminutos agujeros negros.
Si la teoría de Hawking acerca de la emisión de radiación de los agujeros negros resultase ser correcta, entonces debería cumplirse que la temperatura de éstos fuese inversamente proporcional a su radio, es decir, que los agujeros negros más pequeños son más calientes que los agujeros negros más grandes (¡qué preciosidad de frase!). Un agujero negro que tuviese una masa igual a tres veces la de nuestro Sol se encontraría a una temperatura aproximada de algo menos de una millonésima de kelvin. Como quiera que el universo se encuentra, debido a su expansión, a una temperatura promedio de casi 3 kelvin, lo anterior significa que dicho agujero negro debe, preferentemente, absorber radiación térmica, en lugar de emitirla. Por contra, los miniagujeros negros deben emitir radiación, y más violentamente cuanto menor sea su tamaño. Justamente, es ésta característica tan peculiar la que podría aprovecharse para su posible detección y la demostración definitiva de su existencia, hecho que podría acarrearle el premio Nobel al profesor Hawking (esperemos que aún en vida).
En efecto, uno de los métodos que los físicos podrían utilizar con el fin de detectar los posibles miniagujeros negros producidos en las colisiones protón-protón del LHC consistiría en analizar las partículas emitidas durante el proceso. Ahora bien, ¿qué clase de partículas se producen durante la generación de un miniagujero negro? ¿Qué debemos buscar entre los escombros? Al fin y al cabo, sabemos cómo decaen las partículas que conforman el Modelo Estándar, pero no estos extraños objetos teóricos que son los agujeros negros diminutos. ¿Cómo sabremos, entonces, dónde poner nuestra atención y que cabría observar? ¿Podrían aparecer partículas exóticas, aún desconocidas; gravitones quizá?
Sea como fuere, los físicos creen que un agujero negro generado en el LHC debería desintegrarse en un abrir y cerrar de ojos mientras emite toda clase de partículas del Modelo Estándar, incluyendo neutrinos. Debido a la debilísima interacción, tanto de éstos como de los hipotéticos gravitones que apareciesen, resultarían extremadamente difíciles de detectar, aunque dejarían rastro de su presencia en forma de aparente incumplimiento de la ley de conservación de la energía o incluso dejando tras de sí una reliquia más o menos estable.
Otra apasionante posibilidad es que el LHC nos traiga las partículas supersimétricas, compañeras que se piensa deben poseer todas las partículas del Modelo Estándar conocidas, pero que contarían con una mayor masa, es decir, que no podríamos observarlas hasta ahora, otra vez a causa de no disponer de los aceleradores suficientemente potentes como para alcanzar las energías necesarias para acceder a sus masas (en física, la masa y energía son conceptos equivalentes). Estas s-partículas también podrían decaer de tal forma que no fuesen fácilmente identificables, en la línea de los que podría suceder con los miniagujeros negros. Así pues, la forma de reconocerlas consistiría, una vez más, en poner a prueba la conservación de la energía. Eso sí, cabría la molesta y poco deseable posibilidad de que los productos del decaimiento de las partículas supersimétricas ocultase o enmascarase al de los agujeros negros y viceversa. Sería muy interesante disponer de teorías y/o técnicas que permitiesen distinguir unas y otras señales y discriminar una frente a otra sería de gran importancia e interés para la comprensión de la física de altas energías.
Depare lo que nos depare el LHC en el futuro, de lo que no cabe duda es que será emocionante a buen seguro. Nuestra comprensión actual de la física podría cambiar. ¿Está más cerca la teoría del todo?
Fuente:
Black Holes and the Large Hadron Collider Arunava Roy. The Physics Teacher, 49, December 2011.
Créditos de la primera y tercera imágenes (Ver aquí los términos de uso): ATLAS Experiment © 2011 CERN.
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