Físicos teóricos y experimentadores crean “Blackmax”

Kimyette Finley
Ciencia kanija
13/10/08

Detector ATLASUn simulador de agujeros negros para buscar pruebas de dimensiones extra en el espacio en el mundialmente famoso Gran Colisionador de Hadrones.

Un equipo de físicos teóricos y experimentadores, con participantes de la Universidad de Case Western Reserve, han diseñado un nuevo simulador de agujeros negros llamado BlackMax para buscar pruebas de que las dimensiones extra podrían existir en el universo.

La información sobre la creación de BlackMax se ha publicado en Physical Review Letters en el artículo, “BlackMax: A Black-Hole Event Generator with Rotation, Recoil, Split Branes and Brane Tension“.

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Los agujeros negros se teoriza que son regiones del espacio en los que el campo gravitatorio es tan fuerte que nada puede escapar de su tirón tras cruzar el conocido como horizonte de eventos. BlackMax simula estas regiones.

Con aproximadamente dos años de tiempo de creación, el programa de ordenador permite a los físicos comprobar sus teorías sobre la producción y decaimiento de agujeros negros y tener en cuenta los nuevos tipos de efectos tanto en la creación como en la evaporación de agujeros negros en el nuevo Gran Colisionador de Hadrones (LHC) actualmente poniéndose en marcha en el Centro Europeo de Investigación Nuclear (CERN) en Ginebra, Suiza.

Por ejemplo, los agujeros negros creados en el LHC se esperaría que empezaran girando.

El giro de los agujeros negros incrementa la fracción de masa del agujero negro que se disipa como cuantos de gravedad de gravitones elementales, lo cual podría usarse para dar una pista de la existencia y estructura de las dimensiones extra. Los agujeros negros están siendo estudiados con BlackMax por miembros del experimento ATLAS del LHC, uno de los dos grandes detectores de partículas principales en el nuevo colisionador. Los físicos de Case Western Reserve trabajando junto con Glenn Starkman en el proyecto, son su antiguo estudiante de doctorado Dejan Stojkovic, ahora profesor visitante de la plantilla de la Universidad Estatal de Nueva York (SUNY) en Buffalo, y De-Chang Dai, quien recientemente se graduó con un título de doctorado en física, y que ahora es profesor de posdoctorado trabajando junto a Stojkovic. Otros colaboradores son los físicos experimentales Cigdem Issever y Jeff Tseng de la Universidad de Oxford y Eram Rizvi del Colegio Queen Mary en la Universidad de Londres.

ATLAS trabaja de forma muy similar a los investigadores que buscan en el lugar del accidente de un avión, y luego recomponen los trozos para descubrir la causa de la desintegración del avión.

BlackMax, prediciendo cómo caerán estos trozos, permitiría a los físicos observar los datos del experimento ATLAS para ver si los patrones de partículas liberados en el detector encajarían con lo que se esperaría cuando se genera y más tarde se deshace un agujero negro. Las colisiones no gravitatorias comunes predichas por el Modelo Estándar de la física de partículas tienden a producir fragmentos del protón agrupados en un pequeño número de chorros. El caimiento de los agujeros negros debería producir más partículas de lo habitual. Estas partículas también aparecerían inusualmente isotrópicas — en todas direcciones — y la mezcla de partículas debería ser más democrática – incluyendo por ejemplo electrones y partículas similares que no se encuentran dentro del protón. Bajo ciertas circunstancias, el decaimiento de los agujeros negros debería también producir muchos gravitones que pasarían inadvertidos fuera de ATLAS, pero los cuales harían que las restantes partículas emitidas parecieran asimétricas y portando menos energía que la del evento completo.

Starkman dijo que si se encuentran agujeros negros en el LHC esto permitirá a los científicos comprender la conexión entre gravedad y mecánica cuántica, resolviendo la inconsistencia entre dos de los grandes triunfos intelectuales del Siglo XX – la mecánica cuántica y la Teoría de la Relatividad General de Einstein. Esto también significaría la existencia de otras dimensiones del espacio, y explicaría por qué la gravedad es una fuerza tan débil comparada con las otras tres fuerzas fundamentales de la naturaleza –electromagnetismo y las fuerzas nucleares débil y fuerte.

De acuerdo con Starkman, los agujeros negros bajo estudio en el LHC serían muy pequeños, extremadamente calientes a más de miles de millones de veces la temperatura del Sol, y su tiempo de vida sería, consecuentemente, tan corto que decaerían en diminutas fracciones de un segundo tras su creación.

Añade que no hay tiempo suficiente para que el agujero negro cruce un cabello humano, “ni pensar que abandone el detector”, comentó.

“Lo que es más importante es que el universo ha estado haciendo estos experimentos durante miles de millones de años bombardeando la atmósfera de la Tierra (por no mencionar la miríada de estrellas) con rayos cósmicos. Por lo que sabemos que si se crean agujeros negros en el LHC, serán completamente seguros”, dijo Starkman.