Partículas en colisión pueden crear agujeros negros

Science Now / Ciencia Kanija
23/01/10

Partículas creando agujero negro
Crédito: Frans Pretorius/Princeton

Instantáneas de las nuevas simulaciones que muestran que dos partículas en colisión pueden crear un agujero negro, el círculo negro en la última imagen.

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Habrá oído algo de la controversia. Los físicos de partículas predicen que el nuevo mayor colisionador de partículas del mundo, el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) cerca de Ginebra, Suiza, podría crear diminutos agujeros negros, los cuales dicen que serían un fantástico descubrimiento. Algunos apocalípticos temen que estos agujeros negros puedan tragarse la Tierra – los físicos dicen que esto es imposible – y han pedido a las Naciones Unidas que detengan en colisionador de 5500 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, realmente prediga que se puede crear un agujero negro de esta forma. Ahora un modelo por ordenador demuestra de forma concluyente por primera vez que una colisión de partículas puede realmente crear un agujero negro.

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

La clave para la formación de un agujero negro es empaquetar suficiente masa o energía en un volumen lo bastante pequeño, como sucede cuando colapsa una estrella masiva. De acuerdo con la Teoría de la Relatividad General de Einstein, masa y energía curvan el espacio y el tiempo, o espacio-tiempo, para crear el efecto que percibimos como gravedad. Si se acumular una gran masa o energía en un espacio lo bastante pequeño, esa curvatura se hace tan grande que nada, ni siquiera la luz, puede escapar. El objeto por tanto se convierte en un agujero negro. Y dos partículas pueden crear un minúsculo agujero negro de esta forma si colisionan con una energía por encima de un límite fundamental conocido como energía de Planck.

O eso habían supuesto los físicos. Los investigadores han basado tal predicción en la conocida como Conjetura del Aro (Hoop Conjecture), una regla general que indica cuánto tiene que comprimirse un objeto de determinada 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 sugiere que una colisión de partículas podría crear un agujero negro, señala Choptuik, pero modeló las propias partículas como agujeros negros y, por tanto, puede haber estado sesgado para producir el resultado deseado.

Ahora Choptuik y Frans Pretorius de la Universidad de Princeton han simulado tales colisiones, incluyendo todos los detalles matemáticos extremadamente complejos de la relatividad general. Para simplificar y hacer las simulaciones más genéricas, modelaron las dos partículas como objetos hipotéticos conocidos como estrellas de bosones, que son similares a los modelos que describen las estrellas como esferas de fluidos. Usando cientos de ordenadores, 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 aproximadamente un tercio de la energía de Planck, ligeramente menor de la energía predicha por la Conjetura del Aro, como se informa en un artículo de la revistaPhysical Review Letters.

¿Significa esto que el LHC creará agujeros negros? No necesariamente, dice Choptuik. La energía de Planck es un trillón de veces el máximo del LHC. Por lo que la única forma en la que el LHC podría crear agujeros negros es si, en lugar de ser un espacio tridimensional, en realidad tuviese más dimensiones que están curvadas en minúsculos bucles demasiado pequeños para detectarse excepto en una colisión de partículas de alta energía. Predichas por ciertas teorías, esas dimensiones extra podrían disminuir de forma efectiva la energía de Planck en un factor muy grande. “Me sorprendería extremadamente si hubiese una detección positiva de formación de agujeros negros en el acelerador”, dice Choptuik. Los físicos dicen que tales agujeros negros decaerían de forma inocua en partículas comunes.

“Es un verdadero tributo a sus habilidades que fuésemos capaces de lllevar a cabo esta simulación por ordenador”, dice Steve Giddings, teórico gravitatorio en la Universidad de California en Santa Bárbara. Tales simulaciones podrían ser importantes para estudiar las colisiones de partículas y la formación de agujeros negros en mayor detalle, comenta. 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 desesperadamente fuera de nuestro alcance.