julio 25, 2024

¿Podría generarse un microagujero negro en el acelerador de partículas del LHC? | Los científicos responden

¿Podría generarse un microagujero negro en el acelerador de partículas del LHC?  |  Los científicos responden

Para responder a su pregunta, recuerde que un agujero negro es una región del espacio con una gravedad tan alta que nada puede escapar, ni siquiera la luz. Pregunte exactamente si se podría crear una región como esta en el LHC. El LHC o Gran Colisionador de Hadrones, en español, es el acelerador de partículas más grande del mundo, por tamaño y energía de colisión, y está ubicado en el CERN, en la frontera entre Suiza y Francia. Es una herramienta que usamos en física para investigar las interacciones que gobiernan las partículas elementales y su estructura.

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En el LHC, los haces de protones que se mueven a una velocidad cercana a la de la luz chocan entre sí. Cada uno de estos protones transporta una energía de 6,5 teraelectrones voltios (TeV). Es la energía que teníamos en el período 2015-2018, en el llamado RUN2 del LHC.

Entre las interacciones fundamentales, tenemos evidencia de que las interacciones electromagnéticas, nucleares fuertes y nucleares débiles entran en juego en los experimentos del LHC. El gravitacional, como lo entendemos según la relatividad general, tiene una intensidad muy débil para manifestarse. Por otro lado, las masas de las partículas en colisión y sus productos son muy pequeñas y, por tanto, los efectos gravitacionales entre ellas son completamente despreciables durante la colisión. Para producir un agujero negro, los dos protones en colisión tendrían que acercarse mucho entre sí, lo que el LHC está lejos de lograr con las energías de las que estoy hablando. En los experimentos del LHC probamos distancias y dimensiones aún grandes para atrapar gravitacionalmente tanto los protones como sus constituyentes, quarks y gluones.

Si la interacción gravitacional es de intensidad muy débil y las masas de las partículas son muy pequeñas, ¿cómo podrían producirse los agujeros negros en el LHC? Bueno, la verdad, difícilmente … La probabilidad de que esto suceda es tan baja que podríamos decir que es insignificante. Ahora bien, según el modelo teórico que hoy rige nuestro conocimiento, el modelo estándar, que a nivel microscópico es válido hasta una determinada energía, básicamente lo que probamos en el LHC, pero que sabemos que no explica algunos de los aspectos muy energéticos. Fenómenos que ocurren en la naturaleza. Es decir, este modelo no es la verdad absoluta, debe haber alguna teoría más general, válida para las energías superiores.

Algunas de las propuestas de la física más allá del modelo estándar proponen la existencia de dimensiones adicionales a las cuatro que conocemos, las tres espaciales más la temporal. En este contexto, podría suceder que la interacción gravitacional atraviese esas otras dimensiones, además de las conocidas, lo que podría significar que la atracción gravitacional sea en realidad mucho más intensa de lo que vemos. Es decir, en nuestro mundo tal como lo conocemos, solo seríamos sensibles a una parte de la gravedad. Si estos modelos, que por el momento no son más que teorías, realmente existieran, podríamos abrir algunas de estas dimensiones cuando las partículas chocan, es decir, algunas de las partículas creadas podrían viajar a través de esas dimensiones desconocidas. En ese caso, lo que a priori pensamos es una enorme cantidad de energía necesaria para crear microagujeros negros, puede que no sea tan alto y sea accesible con la tecnología LHC. En este caso, podríamos tener fenómenos gravitacionales, como la aparición de microagujeros negros, a energías no tan altas como pensamos hoy.

Algunas de las propuestas de física más allá del modelo estándar proponen la existencia de dimensiones adicionales a las cuatro que conocemos

Para entender bien esto, se realizaron estudios con programas que simulaban la creación de microagujeros negros en el LHC, es decir, agujeros negros cuánticos, formados por la unión de partículas elementales que se han acercado tanto que quedan atrapadas gravitacionalmente. Según estas simulaciones, en el caso de «abrir» las dimensiones extra y bajo una variedad de condiciones, podrían producirse microagujeros negros de muy, muy pequeña masa. Obviamente, no tenemos que pensar en los agujeros negros galácticos. Estos agujeros negros acumulan todo lo que entra en su horizonte de eventos. Quizás alguien piense que los microagujeros negros podrían interactuar con el detector, con el propio LHC, y terminar absorbiendo la materia de los detectores y creciendo a costa de ella. Pero estos microagujeros negros simulados, no lo olvide, son inestables y se desintegrarían sin posibilidad de acumular nada, produciendo una variedad de partículas en estado final que serían detectadas en experimentos.

En el LHC, analizamos los datos recopilados de las colisiones y buscamos qué hubiera sucedido si estos microagujeros negros se hubieran creado y desintegrado. Hasta el momento no hemos encontrado señales significativas y deducimos límites a su producción, la masa que podría tener y las dimensiones adicionales que podrían existir. El año que viene iniciaremos el llamado RUN3 del LHC, acumularemos más colisiones, quizás con una energía de colisión algo mayor, si tecnológicamente es posible. Continuaremos con nuestros estudios y análisis de datos.

Begoña de la Cruz Martínez Es Doctora en Física, investigadora del CIEMAT-Unidad de Física de Partículas, en el Departamento de Investigación Básica del CIEMAT.

Pregunta enviada por correo electrónico por Antonio Mg

Coordinación y redacción: Victoria Toro

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