¿Podríamos crear un agujero negro artificial en un acelerador de partículas del tamaño de la Tierra?
CIENCIAS EXACTAS: FÍSICA.
Durante años, la idea de fabricar un agujero negro en un laboratorio ha oscilado entre la ciencia ficción más catastrofista y la frontera más ambiciosa de la física teórica.
Cada vez que la humanidad concibe una máquina más grande para colisionar partículas, reaparece la misma pregunta: ¿es físicamente posible fabricar un objeto cuya gravedad sea tan intensa que nada pueda escapar de él, ni siquiera la luz?
Foto: Julian Herzog.
Si escaláramos nuestra tecnología hasta construir un acelerador de partículas del tamaño de la Tierra —un anillo colosal que rodeara todo el planeta—, la respuesta corta es que nos acercaríamos mucho más al límite físico necesario. Sin embargo, la física fundamental y las leyes que gobiernan el cosmos imponen barreras tan fascinantes como insuperables.
La energía de Planck: el muro infranqueable de la física actual.
Para comprender si un acelerador del tamaño de la Tierra podría crear un microagujero negro, debemos hablar de densidad de energía. Para arrugar el espacio-tiempo hasta formar un horizonte de sucesos con partículas subatómicas, es necesario concentrar una masa-energía descomunal en un volumen inferior a la llamada escala de Planck (10-35 metros).
La energía mínima teórica para crear un agujero negro cuántico en nuestro universo de cuatro dimensiones (tres espaciales y una temporal) es la Energía de Planck: aproximadamente 1019 gigaelectronvoltios (GeV).
Para poner esta cifra en perspectiva:
- El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN opera a una energía de colisión de unos 13,6 teraelectronvoltios (TeV).
- La energía de Planck es aproximadamente mil billones de veces mayor que la capacidad máxima del LHC.
Incluso si construyéramos un colisionador de partículas magnético circundando toda la línea del ecuador terrestre (un anillo de 40.000 kilómetros de circunferencia), empleando la tecnología de imanes superconductores actual, la energía alcanzada apenas llegaría a unos pocos petaelectronvoltios (1015 eV). Estaríamos todavía varios órdenes de magnitud por debajo del umbral necesario para crear gravedad cuántica masiva.
El atajo teórico: dimensiones extra ocultas.
Existe una salvedad teórica que enloquece a los físicos de partículas: la hipótesis de las dimensiones extra grandes (modelos teóricos como Arkani-Hamed–Dimopoulos–Dvali o Randall–Sundrum).
Estas teorías sugieren que la gravedad parece una fuerza ridículamente débil comparada con el electromagnetismo porque "se diluye" a través de dimensiones espaciales adicionales que no podemos ver. Si estas dimensiones existen a escalas microscópicas, la "verdadera" escala de Planck podría ser dramáticamente más baja, del orden de unos pocos TeV en lugar de 1019 GeV.
Si el universo tuviera estas dimensiones ocultas, colisionar protones a alta energía en un acelerador a escala planetaria generaría de forma rutinaria microagujeros negros cuánticos. Sin embargo, los experimentos del LHC no han encontrado hasta la fecha ninguna evidencia empírica de dimensiones extra ni de producción de microagujeros negros, lo que restringe seriamente esta posibilidad.
La radiación de Hawking: ¿destruiría el planeta un agujero negro artificial?.
En la cultura popular se suele temer que un agujero negro creado en un laboratorio comience a devorar la Tierra desde dentro hasta tragar el planeta entero. La física teórica demuestra que este escenario es imposible.
En la década de 1970, Stephen Hawking demostró que los agujeros negros no son completamente negros: emiten radiación debido a efectos cuánticos cerca del horizonte de sucesos y pierden masa en el proceso. Cuanto más pequeño es un agujero negro, más caliente está y más rápido se evapora.
Un microagujero negro producido hipotéticamente en un acelerador tendría una masa ínfima. Debido a la radiación de Hawking, su vida media sería de apenas 10-27 segundos. Se desintegraría de manera instantánea en una ráfaga limpia de partículas subatómicas ordinarias antes de poder interactuar gravitatoriamente con un solo átomo de la materia circundante.
Lo que nos enseñan los rayos cósmicos.
Si aún queda alguna duda sobre la seguridad o viabilidad de estos fenómenos, la propia naturaleza nos ofrece la prueba definitiva: la Tierra ya está siendo bombardeada constantemente por colisiones de energía extrema.
Los rayos cósmicos de ultraalta energía (como la famosa partícula Oh-My-God) golpean las capas altas de nuestra atmósfera con energías que superan con frecuencia la capacidad de cualquier colisionador construido por el ser humano. Si la creación de microagujeros negros fuera un proceso sencillo a esas energías y si representaran un peligro, la atmósfera terrestre los habría producido por billones a lo largo de 4.500 millones de años, y la Tierra simplemente no existiría.
Una frontera técnica que requiere escalas cósmicas.
La conclusión de la ciencia actual es clara: con las cuatro dimensiones conocidas, un acelerador de partículas del tamaño de la Tierra no tendría la potencia suficiente para fabricar un microagujero negro artificial. Para lograr concentrar la Energía de Planck sin la ayuda de dimensiones extra, la humanidad necesitaría construir un acelerador de un tamaño comparable al del propio Sistema Solar.
Aunque la idea de manipular la gravedad a nuestro antojo sigue perteneciendo al reino del futuro, estudiar estas fronteras teóricas nos permite acercarnos cada vez más a una de las metas definitivas de la ciencia: unificar la Mecánica Cuántica con la Relatividad General de Einstein en una sola Teoría del Todo.
Sitio Fuente: NCYT de Amazings