?Podr¨ªa generarse un microagujero negro en el acelerador de part¨ªculas LHC?

Para contestar a tu pregunta hay recordar que un agujero negro es una regi¨®n en el espacio con una gravedad tan elevada que nada puede escapar de ella, ni siquiera la luz. Preguntas exactamente si una regi¨®n como esta podr¨ªa crearse en el LHC. El LHC o Gran Colisionador de Hadrones, en espa?ol, es el mayor acelerador de part¨ªculas del mundo, en tama?o y energ¨ªa de colisi¨®n, y est¨¢ situado en el CERN, en la frontera entre Suiza y Francia. Es una herramienta que utilizamos en f¨ªsica para investigar las interacciones que rigen entre las part¨ªculas elementales y su estructura.

En el LHC, haces de protones que se mueven a una velocidad cercana a la de la luz chocan entre s¨ª. Cada uno de estos protones lleva una energ¨ªa de 6,5 teraelectronvoltios (TeV). Es la energ¨ªa que hemos tenido durante el per¨ªodo 2015-2018, en el llamado RUN2 del LHC.

De entre las interacciones fundamentales, tenemos constancia de que en los experimentos del LHC entran en juego las interacciones electromagn¨¦tica, nuclear fuerte y nuclear d¨¦bil. La gravitatoria, tal como la entendemos seg¨²n la relatividad general, tiene una intensidad muy d¨¦bil para manifestarse. Por otro lado, las masas de las part¨ªculas que colisionan y de sus productos son muy peque?as y, por tanto, los efectos gravitatorios entre ellas son totalmente despreciables durante la colisi¨®n. Para producir un agujero negro, los dos protones que chocan deber¨ªan acercarse a una distancia tremendamente peque?a, que el LHC est¨¢ muy lejos de conseguir con las energ¨ªas de las que hablo. En los experimentos del LHC probamos distancias y tama?os que son a¨²n grandes para conseguir que ambos protones o sus constituyentes, quarks y gluones, queden gravitatoriamente atrapados.

Si la interacci¨®n gravitatoria tiene una intensidad muy d¨¦bil y las masas de las part¨ªculas son muy peque?as, ?c¨®mo podr¨ªan producirse microagujeros negros en el LHC? Pues la verdad, dif¨ªcilmente¡­ La probabilidad de que ocurra es tan baja que podr¨ªamos decir que es despreciable. Ahora bien, esto es as¨ª seg¨²n el modelo te¨®rico que hoy d¨ªa rige nuestro conocimiento, el modelo est¨¢ndar, que a nivel microsc¨®pico es v¨¢lido hasta una cierta energ¨ªa, b¨¢sicamente la que probamos en el LHC, pero que sabemos que no explica algunos de los fen¨®menos muy energ¨¦ticos que ocurren en la naturaleza. Es decir, este modelo no es la verdad absoluta, debe haber alguna teor¨ªa m¨¢s general, v¨¢lida para energ¨ªas superiores.

Alguna de las propuestas de f¨ªsica m¨¢s all¨¢ del modelo est¨¢ndar propone la existencia de dimensiones adicionales a las cuatro que conocemos, las tres espaciales m¨¢s la temporal. En ese contexto podr¨ªa ocurrir que la interacci¨®n gravitatoria discurriera por esas otras dimensiones, adem¨¢s de las conocidas, lo que podr¨ªa significar que la atracci¨®n gravitatoria fuera en realidad mucho m¨¢s intensa que lo que vemos. Es decir, en nuestro mundo tal como lo conocemos ser¨ªamos sensibles solo a una porci¨®n de la gravedad. Si esos modelos, que de momento no son m¨¢s que teor¨ªas, existieran de verdad, podr¨ªamos abrir alguna de estas dimensiones al colisionar part¨ªculas, es decir, algunas de las part¨ªculas creadas podr¨ªan viajar por esas dimensiones desconocidas. En ese caso, lo que a priori creemos que es una enorme cantidad de energ¨ªa necesaria para crear microagujeros negros, quiz¨¢ no fuera tan alta y pudiera ser accesible con la tecnolog¨ªa del LHC. En ese supuesto podr¨ªamos tener fen¨®menos de tipo gravitatorio, como es la aparici¨®n de microagujeros negros, a unas energ¨ªas no tan elevadas como pensamos hoy en d¨ªa.

Alguna de las propuestas de f¨ªsica m¨¢s all¨¢ del modelo est¨¢ndar propone la existencia de dimensiones adicionales a las cuatro que conocemos

Para entenderlo bien se hicieron estudios con programas que simulaban la creaci¨®n de microagujeros negros en el LHC, es decir, de agujeros negros cu¨¢nticos, formados con la uni¨®n de part¨ªculas elementales que se consiguieran acercar tanto que quedaran atrapadas gravitacionalmente. Seg¨²n estas simulaciones, en el caso de ¡°abrirse¡± las dimensiones extra y bajo una serie de condiciones, podr¨ªan producirse microagujeros negros que ser¨ªan de una masa muy, muy peque?a. Evidentemente no tenemos que pensar en agujeros negros gal¨¢cticos. Estos agujeros negros acumulan todo aquello que entra en su horizonte de sucesos. Quiz¨¢ alguien piense que los microagujeros negros pudieran interaccionar con el detector, con el propio LHC, y acabar absorbiendo la materia de los detectores y crecer a costa de ello. Pero estos microagujeros negros, simulados, no lo olvides, son inestables y se desintegrar¨ªan sin oportunidad para acumular nada, produciendo una variedad de part¨ªculas en el estado final, que ser¨ªan detectadas en los experimentos.

En el LHC, analizamos los datos recogidos en las colisiones y buscamos lo que se hubiera producido de haberse creado y desintegrado estos microagujeros negros. Hasta ahora no hemos encontrado ninguna se?al significativa y deducimos l¨ªmites a su producci¨®n, a la masa que podr¨ªan tener y a las dimensiones adicionales que pudieran existir. El pr¨®ximo a?o comenzamos el llamado RUN3 del LHC, acumularemos m¨¢s colisiones, quiz¨¢ con una energ¨ªa de colisi¨®n algo m¨¢s elevada, si tecnol¨®gicamente es posible. Continuaremos con nuestros estudios y an¨¢lisis de datos.

Bego?a de la Cruz Mart¨ªnez es doctora en F¨ªsica, investigadora en la Unidad CIEMAT-F¨ªsica de Part¨ªculas, en el Departamento de Investigaci¨®n B¨¢sica del CIEMAT.

Pregunta enviada v¨ªa email por Antonio Mg

Coordinaci¨®n y redacci¨®n: Victoria Toro

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