No hay agujeros negros en el LHC, por ahora…

Recuerdo aquellos días en los que había mucha controversia sobre la posibilidad de que el LHC generara un agujero negro que se tragara la Tierra… ¡Qué tiempos aquellos!

Periódicamente, se publican noticias en los medios diciendo que es posible que surjan tales objetos. Generalmente se apoyan en artículos técnicos, pero también generalmente, se dan conclusiones que dichos artículos no proporcionan de manera directa.

Lo que podemos decir es que hasta la fecha no se ha encontrado ningún agujero negro en el LHC. Y parece que será así por mucho tiempo.

Vamos a intentar explicar en qué se basan los supuestos bajo los cuales se generarían agujeros negros en un acelerador de partículas del tipo LHC. Y daremos las referencias en las que se establece que ningún bicho de ese tipo se ha encontrado entre los datos del acelerador.

 ¿Qué hace falta para tener un agujero negro en el LHC?

Para tener un agujero negro tenemos que ser capaces de inyectar energía en una región que tenga un radio menor que su radio de Schwarzsdchild. (Para repasar estos conceptos: Recopilación sobre Agujeros Negros).  El radio de Schwarzshild es una relación entre la masa/energía del sistema estudiado, la velocidad de la luz y la constante de la gravitación de Newton:

R_S=\dfrac{2GM}{c^2}

A la vista de esta expresión podemos ver que:

  1. Depende inversamente de la velocidad de la luz al cuadrado. Es decir, estamos dividiendo por un número muy grande.
  2. La energía/masa de las partículas que colisionan en un acelerador no es muy grande.
  3. El radio de Schwarzschild depende de G, que es una cantidad pequeña.

Es decir, que en los casos típicos de un acelerador deberíamos de poder acelerar mucho las partículas para que tuvieramos la suficiente energía como para compensar que estamos multiplicando por G (muy pequeña) y dividiendo por la velocidad de la luz al cuadrado.

Condición de Thorne

Para tener un agujero negro en el LHC deberíamos de tener colisiones de forma que la energía estuviera comprimida en una región de menor radio que el radio se Schwarzshild para esa energía:

Esto es muy difícil de conseguir porque dado que la gravedad es muy poco intensa, en los casos relevantes para un acelerador el radio de Schwarzshild es muy pequeño, tan pequeño que no es posible comprimir la energía a esos niveles.

Pero tal vez haya otra salida…

Los científicos siempre se han preguntado por qué la gravedad es la menos intensa de las interacciones. Esto recibe un nombre: El problema de la jerarquía. Y alguna vez se han puesto a pensar en qué pasaría si la gravedad en realidad no fuera tan poco intensa.

La gravedad no es lo que parece

Hay una forma de escapar de esto. Puede que la gravedad sea más intensa de lo que parece. ¿Por qué?

  • Supongamos que nuestro universo tiene un número de dimensiones mayor que 4.
  • Las interacciones no gravitatorias entre partículas elementales solo ven las 4 dimensiones usuales.
  • La gravedad, sin embargo, se “movería” en todas las dimensiones disponibles.
  • Que veamos una gravedad débil en nuestras dimensiones solo es debido a que solo percibimos parte de la “gravedad real”.

Esto implica que si uno puede acceder a las dimensiones extra entonces la gravedad se mostraría tan intensa como el resto de las interacciones y por lo tanto el radio de Schwarzschild sería mayor con lo que cumplir con la condición de  Thorne sería mucho más fácil.

Es decir, para poder llegar a tener agujeros negros en el LHC tenemos dos opciones:

  1. Que la gravedad sea tal y como es y que no existan dimensiones extra por debajo del milímetro y entonces hay que tener colisiones mucho más energéticas que las de LHC para producir agujeros negros.
  2. Que hayan más dimensiones extra, y entonces llegada a la energía en las que se pusieran de manifiesto la gravedad sería tan intensa como el resto de interacciones y sería posible tener agujeros negros en el acelerador.

No está mal la cosa…

Aunque han habido recientemente revisiones de la condición de Thorne que de hecho bajan la cota a la que se podrían formar agujeros negros por colisiones:

Ultrarelativistic Black Hole Formation

Esto no asegura que se puedan dar las condiciones necesarias para que estos objetos aparezcan en el LHC. Solo han bajado una cota para que estos tengan posibilidad de ser creados, pero no lo asegura.

Sobre los modelos de dimensiones extra

En este blog ya hemos hablado de uno de estos modelos:

Modelo de Randall-Sundrum

El otro modelo, ADD, lo trataremos en breve.

Lo que hay que aclarar es que el ingrediente esencial para predecir agujeros negros en colisiones en el LHC es que existan dimensiones extra. Encontrar agujeros negros en el acelerador abriría la puerta a estudiar dichas dimensiones y empezaría la era de la gravedad cuántica experimental.  Pero, por el momento, nada de esto ha sido confirmado experimentalmente.

Ultimos datos

En un artículo, del equipo del experimento CMS del LHC, del pasado 21 de Marzo se dice que:

  • Los agujeros negros de masas entre 4.3 y 6.2 TeV están excluidos.

En un estudio realizado con los datos de las colisiones del 2012 de energía 8TeV en centro de masas.

El artículo:

Search for microscopic black holes in pp collisions at \sqrt{s} = 8 TeV

Por supuesto, que tendremos que seguir esperando a nuevos datos y colisiones de mayor energía. (Se supone que el LHC podrá llegar e incluso superar por algo los 14 TeV).  Pero por el momento, no se han encontrado bichos negros por Ginebra.

Nos seguimos leyendo…

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