Siempre que empujamos los límites del conocimiento, existen riesgos y la perspectiva de recompensas. Hay muchos riesgos: no encontrar nada nuevo, realizar un experimento fallido o que no funciona, causar destrucción si las cosas salen mal. Pero las recompensas pueden ser enormes: nuevos conocimientos, nuevas tecnologías y avances para toda la ciencia humana.
Un lugar que personifica todo esto es el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en el CERN, donde comenzamos a colisionar protones a las energías más altas jamás alcanzadas en un acelerador de partículas. Hace un par de años, rompimos el antiguo récord, 2 TeV (teraelectronvoltio, o 1012 eV), que fue establecido por el Laboratorio Fermi, al acelerar las partículas a 3.5 TeV y chocarlas, alcanzando 7 TeV de energía total. Este descubrimiento no solo nos permitió crear una gran cantidad de partículas fundamentales esquivas (quark top, bosones W y Z), sino también descubrir una partícula fundamental completamente nueva, la última de las partículas no descubiertas del Modelo Estándar: el bosón de Higgs.
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El LHC actualizado nos permite obtener entre 13 y 14 TeV de energía total. Si tenemos suerte, una cantidad impresionante de colisiones a estas energías, combinada con detectores increíbles, nos permitirá crear y descubrir partículas nunca antes vistas en este laboratorio. Y, por supuesto, esto abre todo el campo para declaraciones increíbles (y completamente incómodas), como:
"Los científicos del Gran Colisionador de Hadrones esperan estar pronto en contacto con un UNIVERSO PARALELO".
"El Gran Colisionador de Hadrones desafía la teoría del Big Bang".
"Los juegos con el Universo pueden destruirnos: los agujeros negros creados en el LHC nos tragarán".
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Y si las dos primeras son completamente disparatadas, información científica engañosa, la tercera afirmación siembra el miedo entre la población, asomando su fea cabeza cada vez que el LHC comienza a funcionar.
¿Dónde tiene piernas esta tontería? Vamos a averiguar.
Hay una serie de teorías que predicen la existencia de dimensiones extra. No solo tres espaciales y uno temporal, que, como sabemos, son inherentes a nuestro espacio-tiempo tetradimensional, sino también al menos una dimensión espacial más en nuestro Universo. Y aunque no podemos acceder a estas dimensiones con las energías disponibles para nosotros, se cree que en escalas que son más pequeñas que aquellas con las que tratamos - y corresponden a energías superiores - existen estas dimensiones adicionales.
Y si existen estas dimensiones adicionales, también existe la posibilidad teórica de que se puedan crear pequeños agujeros negros microscópicos en miniatura.
Si hubiéramos hecho esto, habríamos logrado una increíble hazaña tecnológica y científica que cambiaría para siempre la forma en que pensamos sobre el universo. Pero cuando dices "agujero negro", la gente instantáneamente (y no en vano) imagina una imagen catastrófica de algo succionando materia de cualquier tipo, devorando protones, neutrones, electrones de nuestro mundo y destruyendo todo ya todos.
Pero esto es imposible por tres razones. Vamos a averiguarlo.
1. Si existen estos agujeros negros en miniatura, entonces golpean la Tierra durante miles de millones de años, y la Tierra sigue girando
Por supuesto, nunca antes habíamos creado partículas con esta energía en un laboratorio. Pero en los niveles de energía más altos, energías más de cien millones de veces (100.000.000) superiores a aquellas con las que trabajamos en el LHC, las partículas chocan constantemente con la Tierra: son rayos cósmicos que nos bombardean desde todas las direcciones cósmicas.
Estos agujeros negros, si existieran, bombardearían la Tierra (y todos los planetas) a lo largo de la historia de nuestro sistema solar, así como el sol, y no hay nada que indique que algún cuerpo del sistema solar se haya vuelto negro. agujero o fue comido por él.
Y aquí se puede argumentar, dicen, que estos objetos se mueven demasiado rápido y, por lo tanto, simplemente vuelan a través de la Tierra, comen muy poca materia para permanecer dentro y vuelan hacia el espacio intergaláctico. En este caso, la segunda razón debería calmarte.
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2. Si crea un agujero negro en miniatura, se desintegrará debido a la radiación de Hawking, y muy, muy rápidamente
Si hay dimensiones adicionales, se puede suponer que pueden ser de cierto tipo, lo que permite (de nuevo, rara vez, pero de forma adecuada) la formación de agujeros negros microscópicos. Tal agujero negro tendrá, en el mejor de los casos, una masa equivalente a la energía de una colisión protón-protón, hasta 13-14 TeV. Según la fórmula E = mc2, esto corresponde a una masa de 5 x 10-20 gramos y, muy probablemente, incluso menos.
Pero incluso si tiene dimensiones adicionales de la escala y el tipo correctos, y crea este agujero negro, el problema permanece: será inestable. Gracias a las leyes de la mecánica cuántica, este agujero negro se desintegrará en el proceso de radiación de Hawking. Para un agujero negro con una masa de 5 x 10-20 gramos, el tiempo de desintegración en tres dimensiones será de unos 10-83 segundos, es difícil incluso llamarlo existencia. Para que la física tenga sentido, se necesitan al menos 10-43 segundos o más. Traducido a la masa de un agujero negro, debe pesar al menos 0,00002 gramos para tener la posibilidad de existir.
Sin embargo, en cuatro dimensiones, especialmente si una "adicional" es grande, el tiempo de caída será de 10 a 23 segundos. Pero para frustrar la esperada desintegración de este agujero negro en miniatura, es necesario desechar las conocidas leyes de la física. Y estas leyes están tan bien establecidas que no hay la menor posibilidad de refutarlas; es como despertarse por la mañana y ver salir el sol por el oeste.
Pero digamos que hay nuevas leyes de la física que aún no conocemos, y estos agujeros negros de repente se estabilizan. Haces un agujero negro, uno diminuto, en el centro de la tierra y no se desintegra. ¿Se tragará la Tierra? Y si es así, ¿qué tan rápido? Esto nos lleva a la tercera y última condición, y no lo olvidemos: ya hemos rechazado dos veces las leyes físicas conocidas para hacer posible este disparate.
3. Puede calcular qué tan rápido absorbe materia un agujero negro, y ni siquiera se acercará a la vida útil de nuestro planeta
Estamos acostumbrados a pensar que los agujeros negros "absorben" materia, pero en realidad solo pueden interactuar gravitacionalmente. Con una masa de 5 x 10-20 gramos, esta fuerza gravitacional será extremadamente pequeña: todo lo que puede hacer es atravesar el centro de la Tierra una y otra vez, esperando una colisión con una partícula elemental. Dado que la sección transversal de nuestro agujero negro es muy pequeña y la sección transversal de un protón (o neutrón) es muy grande, se puede suponer, para salvar el argumento, que cada vez que el agujero negro choca, absorberá un protón o un neutrón.
Suponiendo que absorbe cada protón, neutrón o electrón con el que entra en contacto, y teniendo en cuenta su gravedad para averiguar qué atrae, absorberá del orden de 66.000 protones y neutrones por segundo. Por supuesto, 66.000 protones y neutrones son cosas pequeñas en términos de masa: 1,1 x 10-25 gramos. Esta tasa de crecimiento será constante hasta que el agujero negro sea bastante grande; solo con una masa de mil millones de toneladas métricas, un agujero negro crecerá más rápido a medida que aumenta su sección transversal. Capturando 66.000 nucleones por segundo, ¿cuánto tiempo crees que le tomará a un agujero negro ganar un kilogramo? Tres billones de años. Durante este tiempo, el Sol se apagará, incluso el Universo no existe tanto.
Entonces, incluso si crea un agujero negro, e incluso si las leyes de la física son incorrectas, y el agujero negro vivirá para siempre, será inofensivo. No importa cuántas leyes de la física descartemos, revisemos o cambiemos, la Tierra seguirá estando bien.
Así que no tengas miedo. Intentamos explorar el mundo de una manera completamente segura. Cualquier inquietud se puede disipar, simplemente acuda a los científicos y pregunte. Ellos tampoco están locos.
ILYA KHEL
