viernes, 17 de diciembre de 2010

Sin agujeros negros en el LHC no hay Teoría de las cuerdas

Detector Solenoide Compacto de Muones. Créditos: CERN.
Los resultados siguen llegando del Gran Colisionador de Hadrones. Esta semana, la gente detrás de la CMS, o del detector solenoide compacto de muones, han anunciado la presentación de un documento en Physics Letters que describen una prueba de algunas formas de la teoría de cuerdas. Si esta teoría fuera correcta, el LHC debería haber sido capaz de producir pequeños agujeros negro que al instante se desvanecerían (y no, como algunos habían temido, devoraría la Tierra). Pero una mirada a los datos obtenidos por la CMS no muestran rastros de agujeros negro estando notablemente ausentes.

La teoría de cuerdas es un intento de lidiar con el hecho de que las dos principales teorías de la física, la mecánica cuántica y la relatividad, son fundamentalmente incompatibles. Se las arregla para combinar los dos postulando un conjunto de dimensiones extra más allá de los cuatro habituales. No vemos estas porque están bien envueltos en un radio pequeño que es inaccesible a las energías normales.

En una forma de la teoría de cuerdas -que el documento denomina el modelo ADD porque Arkani-Hamed, Dimopoulos y Dvali fueron quienes la propusieron- esta unificación tiene consecuencias para la gravedad. Normalmente, la gravedad es muy débil en relación con las otras fuerzas, de tal manera que sólo podría ser unificada con el resto de ellas en energías de magnitud más alta que el LHC podría alcanzar. Pero, en el modelo ADD, la gravedad sólo se ve débil, porque partes de ella se encuentran atrapadas en el resto de dimensiones.

Si todo sucede como el modelo propone, las partículas que chocaran a energías por encima de este límite podrían cerrarse dentro de una distancia que es más pequeña que el espacio ocupado por las dimensiones adicionales. Una vez que esto suceda, se sentiría toda la fuerza de la gravedad, y de inmediato se uniría para formar un agujero negro pequeño.Tan pequeño, de hecho, que sería un instante debido a la descomposición por la radiación de Hawking.

Esta desintegración sería visible como chorros de partículas. Lo que podría hacer, sin embargo, es algo más por error de un agujero negro. Interacciones se rigen por la cromodinámica cuántica que también produce chorros a una frecuencia determinada, de modo que los eventos del agujero negro tendría que destacar por encima de este fondo. Así que eso es lo que el nuevo análisis busca. El modelo de los autores sobre la teoría de cuerdas y la mecánica cuántica debe ser similar a fin de que puedan sacar y guardar los eventos.

El uso de un espacio de espectro de energía del LHC es demasiado bajo para producir agujeros negro y por lo tanto para averiguar el nivel de producción de fondo de chorro a través de la cromodinámica cuántica. Se debe, extender el análisis en el rango de energía en el cual los agujeros negro deban aparecer, y ver si hay alguna señal de tands a cabo por encima de este fondo. "Podemos excluir la producción de un agujero negro con una masa mínima de 3,5 hasta 4,5 eV [electrón-voltios] para los valores de la escala de Planck multidimensional de hasta 3,5 [V teraelectron] TeV el 95 por ciento CL [nivel de confianza]", concluyen los autores.

Los resultados también son útiles para estudios más allá de la teoría de cuerdas. Mini agujeros negro no son los elementos hipotéticos que se preveen, por lo que la falta de una señal indica que hay mucho más por encima del fondo de algunas restricciones muy severas en la física allí.

Una cosa buena es que las energías involucradas están completamente fuera del alcance del Tevatron . Así, aunque el mayor colisionador le gane al Tevatron en la búsqueda del bosón de Higgs, es posible conseguir buenos resultados.

Contrario a algunos reportes, este resultado no significa la muerte de la teoría de cuerdas, sólo saber que las predicciones de agujeros negros en estas energías fallaron. La eliminación de algunos modelos es un proceso crítico, pero la mayoría de las construcciones teóricas tienen una gama de posibles modelos y la teoría de cuerdas no es diferente. De hecho, es muy posible que el modelo ADD no se ha generado, simplemente porque los físicos estaban buscando algo que posiblemente podría poner a prueba en el LHC.

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