Inainte ca Large Hadron Collider (LHC) sa inceapa operatiunile in 2008, un grup mic, dar zgomotos de oameni se aflau in revolta. LHC ar fi atat de puternic, credeau ei, ca atunci cand arunca protoni la o fractiune semnificativa a vitezei luminii, ar putea produce particule exotice sau mici gauri negre. Pamantul, sustineau ei, ar putea fi distrus ca urmare.

Dupa cum au subliniat rapid multi fizicieni, majoritatea acestor scenarii de dezastru erau imposibile, restul fiind atat de putin probabil sa fie nedemn de discutie. In primul rand, Universul are acceleratoare mult mai puternice decat LHC – supernove si gauri negre – si particulele din acestea lovesc atmosfera Pamantului tot timpul. Suntem feriti de acele raze cosmice, asa ca suntem feriti de experimentele LHC.

Dar sa intoarcem intrebarea. Ce se intampla daca am vrea sa facem o gaura neagra si am sti ca nu ar exista niciun pericol in acest sens – am putea sa o facem?

Toate gaurile negre, grozave si mici

Gaurile negre au un camp gravitational atat de intens incat nimic nu le poate scapa, nici macar lumina. Cele pe care le stim s-au nascut din moartea stelelor mult mai masive decat Soarele nostru (gaurile negre cu masa stelara) sau prin procese din Universul timpuriu, nu intelegem inca pe deplin care formeaza gaurile negre supermasive gasite la centrul celor mai multe galaxii, inclusiv a noastra. In ambele cazuri, observam gaurile negre prin telescoape indirect, prin comportamentul materiei care se invarte in jurul lor si prin influenta gravitationala a acestora asupra altor corpuri.

Dupa cum se potriveste cu obiectele astronomice, fiecare gaura neagra vazuta inca este masiva; totusi, acest lucru nu exclude automat posibilitatea gaurilor negre cu masa foarte mica – mai ales daca pot fi produse prin alte mijloace decat moartea stelelor. Principiul din spatele LHC este ca coliziile cu energie ridicata pot produce particule noi, guvernate de regulile fortelor fundamentale: electromagnetismul, forta slaba, forta puternica si – daca energiile implicate sunt uimitor de mari – gravitatia. De exemplu, celebrul boson Higgs nu exista in conditii obisnuite, deoarece durata sa de viata inainte de a se descompune in alte particule este infinit de scurta. Cu toate acestea, interactiunile cu energie suficienta care implica forta slaba o pot genera suficient timp pentru ca oamenii de stiinta LHC sa o inregistreze.

Din punct de vedere al fizicii particulelor, ne putem gandi la mici gauri negre ca la un nou tip de particule, guvernate de gravitatie. Gravitatia este de departe cea mai slaba dintre fortele fundamentale; motivul pentru care guverneaza planete si stele se datoreaza faptului ca oricare doua mase se atrag reciproc, in timp ce incarcaturile electrice fie se atrag, fie se resping, ajungand la zero.

Gravitatia devine mai puternica nu numai atunci cand doua mase cresc, ci si atunci cand doua mase se apropie. La o distanta foarte mica atinge aceeasi forta ca si celelalte forte. De fapt, „foarte mic” este o subevaluare profunda: distanta, cunoscuta sub numele de lungimea Planck, este de aproximativ 1020 de ori mai mica decat un nucleu atomic. (In cifre, lungimea Planck este de aproximativ 1,6 × 10-35 metri, comparativ cu dimensiunea 1 x 10-15 metri a unui nucleu.

Pentru a inrautati lucrurile, exista un fel de relatie reciproca intre scara si energie: sondarea scarilor mici necesita o cantitate foarte mare de energie. Scara energetica relevanta pentru lungimea Planck – energia Planck – este de aproximativ 1015 ori mai mare decat poate gestiona LHC. O problema evident insurmontabila, s-ar presupune in mod natural.

Straturi exotice

Dar o idee care se ascunde in jurul marginilor fizicii standard este notiunea ca realitatea noastra consta in mai mult decat cele patru dimensiuni ale spatiului-timp. Diferiti fizicieni din secolul trecut au adaugat una sau mai multe dimensiuni suplimentare amestecului din mai multe motive: unificarea fortelor naturii, rezolvarea unor probleme dificile din fizica particulelor sau chiar explicarea de ce gravitatia este atat de slaba in comparatie cu alte forte. Teoria supercordurilor este probabil cea mai cunoscuta dintre aceste idei, cu sapte dimensiuni suplimentare stranse strans intre ele. Cu toate acestea, scara la care fac referire fizicienii cu siruri standard este inca lungimea lui Planck, astfel incat nu ne va aduce mai aproape de crearea unei gauri negre de laborator.

Alte teorii solicita dimensiuni suplimentare „mari”: cele care sunt inca microscopice, dar semnificativ mai mari decat lungimea Planck. Dimensiunea mai mare le aduce mult mai aproape de scarile de energie masurabile. Ca o analogie, dimensiunea acestor dimensiuni suplimentare „mari” este asemanatoare cu grosimea unei bucati de hartie, in timp ce fetele plate ale hartiei ar fi asemanatoare dimensiunilor „normale” ale spatiului-timp.

Din pacate, exista prea multe dintre aceste teorii pentru a le descrie pe toate, dar le putem imparti in doua mari categorii: cele in care materia normala – quarcii, electronii etc. – este limitata la spatiul-timp normal cu patru dimensiuni si in care acele particule pot traversa dimensiunile prea mici pentru ca noi sa le vedem direct. Prima categorie este deosebit de interesanta, deoarece dimensiunile suplimentare pot fi mari ca un milimetru, in timp ce a doua necesita ca dimensiunea noilor dimensiuni sa fie foarte mica.

Cu toate acestea, gravitatia ar calatori bine prin aceste dimensiuni suplimentare, ducand la modificari ale legii fortei pe scara la care dimensiunile suplimentare devin importante. Aceste modificari ar putea permite chiar si colizorilor de particule sa faca gauri negre miniaturale. Producerea unor astfel de lucruri ar fi o dovada minunata pentru acele ipotetice dimensiuni suplimentare.

Punct de disparitie

Exista mai multe „daca” mari in aceasta discutie: daca exista dimensiuni suplimentare mari si daca sunt suficient de mari pentru a le aduce la indemana a ceea ce LHC este suficient de puternic pentru a crea, ar putea fi posibil sa se faca o gaura neagra cu masa comparabila cu particule elementare. Daca am avea cumva succes la acest lucru, atunci ar trebui totusi sa detectam gaura neagra, care nu ar fi neaparat simpla.

Conform unei teorii larg acceptate (desi netestate), gaurile negre se descompun printr-un proces numit radiatie Hawking, numit dupa fizicianul Stephen Hawking care a descoperit acest lucru. Rata de radiatie si descompunere depinde de marimea gaurii negre, gaurile negre masive se descompun foarte lent, iar cele mai mici se evapora rapid. Acesta este un motiv major pentru care nu trebuie sa ne temem sa cream o gaura neagra la LHC: daca fizicienii ar reusi trucul, gaura neagra ar fi atat de mica incat ar disparea intr-o fractiune de fractiune de secunda. Este prea putin timp pentru a reprezenta un pericol pentru particulele din camera de detectare, daramite lumea din jur.

Dar rezultatul evaporarii ar fi o explozie de particule, iar numarul, tipurile si masele lor ar fi spoorul sau „semnatura” gaurii negre, la fel cum produsele de descompunere observate la LHC erau semnatura bosonului Higgs . Cu toate acestea, predictiile specifice ale semnaturii radiatiei Hawking depind de unele necunoscute, precum si de ce versiune de dimensiuni suplimentare mari este cea corecta – adica daca oricare dintre ele corespunde realitatii in primul rand. Cu alte cuvinte, teoreticienii nu sunt de ajutor: ofera prea multe posibilitati cu privire la tipurile de particule de cautat in detectoarele de particule.

Cand teoria este cacofona, experimentul poate dezvalui melodia lipsa. Detectorii de la colizori ar putea oferi indicii foarte importante daca detecteaza semnaturi de particule care sunt greu de explicat cu particulele standard pe care le cunoastem astazi. In mod similar, absenta actuala a detectiilor gaurilor negre la LHC pune limite asupra dimensiunii maxime a dimensiunilor suplimentare si, la randul sau, reduce lista teoriilor plauzibile de mai mult de patru dimensiuni.

Asta nu ne da neaparat o gaura neagra. Dar chiar si esecul de a gasi o gaura neagra in miniatura ne va spune ceva despre natura gravitatiei.

Daca doriti sa comentati acest videoclip sau orice altceva pe care l-ati vazut pe viitor, accesati pagina noastra de Facebook sau trimiteti-ne un mesaj pe Twitter .

ARTICOLE SIMILAREDE LA ACELAȘI AUTOR