La búsqueda de agujeros negros microscópicos

La energía necesaria para que se forme un agujero negro como el del centro de nuestra galaxia, la cantidad contenida en una estrella supermasiva moribunda que colapsa sobre sí misma, es muchas veces mayor de lo que podemos lograr en nuestros laboratorios terrestres.

Sin embargo, si ciertas teorías son correctas sobre la naturaleza de la gravedad, puede haber una manera para que los físicos creen un tipo muy diferente de agujero negro, uno tan pequeño y fugaz que su presencia solo podría inferirse de su efecto sobre las partículas subatómicas en un detector de partículas. Y este proceso puede estar al alcance del Gran Colisionador de Hadrones.

Según algunas teorías, hay más que solo tres dimensiones del espacio. La existencia de dimensiones adicionales ofrecería una respuesta a uno de los misterios más prominentes de la física actual: por qué la gravedad es tan débil cuando las otras fuerzas fundamentales son tan fuertes. Cuantas más dimensiones haya, más gravedad se diluirá en distancias crecientes. La fuerza se debilitará a medida que se disperse más lejos, pero será sorprendentemente fuerte a distancias cortas.

Si hay 10 dimensiones, por ejemplo, entonces la fuerza gravitacional debe propagarse a través de varias dimensiones espaciales más de las que podemos detectar; nos parece débil solo porque la mayor parte se pierde en las dimensiones invisibles.

Los físicos saben que se necesita una cierta cantidad de energía, más de la que el LHC podría evocar—para hacer un agujero negro microscópico. Pero si la gravedad es más fuerte de lo que pensamos, entonces el umbral de energía necesaria podría estar dentro del alcance de las colisiones de LHC y de rayos cósmicos con la atmósfera de la Tierra, dice el físico teórico Steve Giddings de la Universidad de California, Santa Bárbara.

» Lo bueno de los agujeros negros microscópicos y las dimensiones adicionales es que hay muchas maneras de buscarlos», dice el científico de la Universidad de Rutgers, John Paul Chou, que se desempeña como co-coordinador del grupo de física exótica en el experimento CMS en el LHC. «Pero el LHC es la forma más limpia y obvia de crearlos y encontrarlos.»

Cuando dos partículas chocan a la velocidad de la luz, una pequeña cantidad de energía se concentra en gran medida en un espacio diminuto. Si existen dimensiones adicionales, la colisión podría revelar la fuerza oculta de la gravedad; la energía y la densidad podrían ser lo suficientemente altas como para fusionarse en un agujero negro microscópico.

Un micro agujero negro sería demasiado pequeño y de corta duración para tener mucho efecto en su entorno. La única pista de los científicos sería una explosión de partículas adicionales (representada en la pantalla del evento en el lado derecho del mural que se muestra arriba). Pero su efecto en nuestra comprensión de la naturaleza a nivel cuántico sería enorme. Si los físicos produjeran agujeros negros microscópicos en el LHC, tendrían pruebas de que hay más de tres dimensiones del espacio.

Los científicos están observando, pero hasta ahora, no han encontrado signos de agujeros negros microscópicos, dice Chou. «Entonces, o no existen, o son tan raros, que aún no hemos producido uno.»

Los científicos podrían buscar dimensiones adicionales de otras maneras, como buscar versiones más pesadas de partículas conocidas que podrían existir solo si hubiera más de tres dimensiones, o buscar evidencia de gravitones, el portador de fuerza hipotético de la gravedad, que se han escapado a otras dimensiones y han dejado una zona vacía en los detectores.

Pero si los micro agujeros negros no se muestran en el LHC una vez que regrese a mayor energía en 2015, los físicos tendrán que ajustar sus teorías y enfoques.

«No descartará ninguna teoría per se», dice Chou, » pero las limitará fuertemente como ya lo ha hecho con la reciente carrera de 2010 a 2012 en el LHC.»

Independientemente de si vemos agujeros negros microscópicos en el LHC, aprenderemos algo nuevo sobre la naturaleza.

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