La caccia ai buchi neri microscopici

L’energia necessaria per formare un buco nero come quello al centro della nostra galassia—la quantità contenuta in una stella morente e super-massiccia che collassa su se stessa—è molte volte superiore a quella che possiamo ottenere nei nostri laboratori terrestri.

Tuttavia, se certe teorie sono corrette sulla natura della gravità, potrebbe esserci un modo per i fisici di creare un tipo molto diverso di buco nero—uno così piccolo e fugace che la sua presenza potrebbe essere dedotta solo dal suo effetto sulle particelle subatomiche in un rivelatore di particelle. E questo processo potrebbe essere alla portata del Large Hadron Collider.

Secondo alcune teorie, ci sono più di tre dimensioni dello spazio. L’esistenza di dimensioni extra offrirebbe una risposta a uno dei misteri più importanti della fisica oggi: perché la gravità è così debole quando le altre forze fondamentali sono così forti. Più dimensioni ci sono, più la gravità si diluirà su distanze crescenti. La forza si indebolirà mentre si disperde più lontano, ma sarà sorprendentemente forte a brevi distanze.

Se ci sono 10 dimensioni, ad esempio, allora la forza gravitazionale deve propagarsi attraverso molte più dimensioni spaziali di quelle che possiamo rilevare; ci sembra debole solo perché la maggior parte di essa è persa nelle dimensioni invisibili.

I fisici sanno che dovrebbe prendere una certa quantità di energia—più di quanto l’LHC potrebbe mai evocare—per creare un buco nero microscopico. Ma se la gravità è più forte di quanto pensiamo, allora la soglia di energia necessaria potrebbe essere nel raggio d’azione sia dell’LHC che delle collisioni di raggi cosmici con l’atmosfera terrestre, dice il fisico teorico Steve Giddings dell’Università della California, Santa Barbara.

“La cosa grandiosa dei buchi neri microscopici e delle dimensioni extra è che ci sono molti modi per cercarli”, afferma lo scienziato della Rutgers University John Paul Chou, che funge da co-convocatore del gruppo di fisica exotica all’esperimento CMS all’LHC. “Ma l’LHC è il modo più pulito e ovvio per crearli e trovarli.”

Quando due particelle colpiscono dead-on vicino alla velocità della luce, una piccola quantità di energia si concentra notevolmente in un piccolo spazio. Se esistono dimensioni extra, la collisione potrebbe rivelare la forza nascosta della gravità; l’energia e la densità potrebbero essere abbastanza alte da fondersi in un microscopico buco nero.

Un micro buco nero sarebbe troppo piccolo e di breve durata per avere molto effetto sull’ambiente circostante. L’unico indizio degli scienziati sarebbe una raffica di particelle extra (raffigurate nel display dell’evento sul lato destro del murale nella foto sopra). Ma il suo effetto sulla nostra comprensione della natura a livello quantico sarebbe enorme. Se i fisici producessero buchi neri microscopici all’LHC, avrebbero la prova che ci sono più di tre dimensioni dello spazio.

Gli scienziati stanno guardando, ma finora non hanno trovato segni di buchi neri microscopici, dice Chou. “Quindi o non esistono, o sono così rari, non ne abbiamo ancora prodotto uno.”

Gli scienziati potrebbero cercare dimensioni extra in altri modi, come la ricerca di versioni più pesanti di particelle conosciute che potrebbero esistere solo se ci fossero più di tre dimensioni, o la ricerca di prove di gravitoni, ipotetico vettore di forza di gravità, che sono sfuggiti in altre dimensioni e hanno lasciato una zona vuota nei rivelatori.

Ma se i micro buchi neri non fanno una mostra all’LHC una volta che ritorna ad energia più alta nel 2015, i fisici dovranno regolare le loro teorie e approcci.

“Non escluderà alcuna teoria di per sé”, dice Chou, “ma li limiterà fortemente come ha già fatto con la recente corsa dal 2010 al 2012 all’LHC.”

Indipendentemente dal fatto che vediamo buchi neri microscopici all’LHC, impareremo qualcosa di nuovo sulla natura.

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