viernes, 22 de enero de 2010

La colisión de partículas puede crear agujeros negros


Imágenes de una colisión de partículas generadas por simulación,  que muestran como se origina un agujero negro (círculo negro) que aparece en el último fotograma. Créditos: Fran Pretorius/Princeton.

Cuando el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) acaparo la atención pública, no tardo en surgir la controversia: algunos físicos de partículas anunciaron que las colisiones con partículas podrían producir diminutos agujeros negros; argumento que sirvió para que catastrofistas no tardaran en temer que tales aguajeros negros podrían destruir la Tierra y pidieron a la ONU detener las operaciones del LHC pese a que los físicos explicaron que no era posible un suceso de esa naturaleza. De forma curiosa hasta el momento no se había demostrado que la Teoría de la Gravedad o de la Relatividad General prediciera la creación de un agujero negro por esta causa. Sin embargo un modelo de computadora ha demostrado de manera concluyente que una colisión de partículas puede crear un agujero negro.

“Me habría sorprendido mucho si el resultado hubiese sido otro”, narra 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 comprimir la suficiente masa o energía en un volumen lo bastante reducido, como 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 conocemos como gravedad. Si se acumula una gran masa o energía en un espacio lo bastante pequeño, la 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 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 se 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, 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 revista Physical Review Letters.

¿Significa esto que el LHC creará agujeros negros? No necesariamente, afirma 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.

Referencia:

Adrian Cho "Colliding Particles Can Make Black Holes" en ScienceNOW Daily News

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