Οι συγκρούσεις σωματιδίων μπορούν να οδηγήσουν σε μαύρες τρύπες έδειξε μία προσομοίωση

Jan 29, 2010

physics4uΑστροφυσική, Διάστημαμίνι μαύρες τρύπες


Οι συγκρούσεις των σωματιδίων μπορεί να οδηγήσουν υπό προϋποθέσεις στον σχηματισμό μίνι μαύρων οπών, όπως φάνηκε σε μια προσομοίωση σε υπολογιστές.

Κατά τα τελευταία χρόνια, πολλές αντιπαραθέσεις έχουν αναπηδήσει γύρω από τους μεγάλους επιταχυντές σωματιδίων, όπως είναι ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (LHC). Τις περισσότερες φορές, οι επικριτές φοβούνται ότι σε αυτά τα γιγαντιαία μηχανήματα οι συγκρούσεις των σωματιδίων, που είναι τόσο μεγάλης ενέργειας ώστε θα μπορούσαν να γεννήσουν πολύ μικρές μαύρες τρύπες. Οι φυσικοί λένε ότι αυτό είναι απολύτως πιθανό να γίνει, και ότι η δημιουργία τεχνητών μαύρων οπών θα είναι ένα σημαντικό επιστημονικό επίτευγμα. Αλλά πολλοί φοβούνται ότι αυτές οι δομές θα μπορούσαν να ξεφύγουν από τον έλεγχο, και να καταβροχθίσουν ολόκληρο τον πλανήτη, και μάλιστα έχουν υποβάλει αναφορές στα Ηνωμένα Έθνη για να τεθεί τέρμα στην λειτουργία του LHC.



Τώρα, για πρώτη φορά, μια προσομοίωση σε υπολογιστή δείχνει ότι το σενάριο στο οποίο έχουν παραχθεί μικροσκοπικές μαύρες τρύπες, στο πλαίσιο της διάσημης θεωρίας της γενικής σχετικότητας είναι απολύτως εφικτό, και ακόμη και πιθανό. Ο διάσημος φυσικός Άλμπερτ Αϊνστάιν είπε πολλές φορές ότι ένα τέτοιο γεγονός είναι δυνατό, αλλά είναι η πρώτη φορά που μπορεί να αποδειχθεί πειραματικά αληθινό.

"Θα ήταν έκπληξη αν δεν είχε βγει αληθινό. Αλλά είναι σημαντικό να έχουν οι άνθρωποι να ξέρουν πώς δημιουργούνται οι μαύρες τρύπες λεπτομερώς," λέει ο φυσικός Joseph Lykken, ο οποίος δουλεύει στον επιταχυντή Fermi στο Ιλινόις.

Σε μια μελέτη που δημοσιεύεται στο επιστημονικό περιοδικό Physical Review Letters, εμπειρογνώμονες φυσικοί λένε ότι η προσομοίωση που χρησιμοποίησαν για τις νέες έρευνες έλαβε υπόψη τις δυνάμεις της βαρύτητας που συμβαίνουν μεταξύ των δύο συγκρουόμενων σωματιδίων, καθώς και προηγμένων μαθηματικών υπολογισμών που αναφέρονται στη γενική θεωρία της σχετικότητας.

Σύμφωνα με τη θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν, η μάζα (και η ενέργεια) παραμορφώνει το χωροχρόνο και δημιουργεί έτσι το φαινόμενο της βαρύτητας. Όταν η πυκνότητα της μάζας σε μια μικρή περιοχή του χώρου ξεπεράσει ένα κρίσιμο όριο, η παραμόρφωση γίνεται τόσο έντονη ώστε τίποτα, ακόμα και το φως, δεν μπορούν να δραπετεύσει από την έλξη της.

Γεωδεσιακές στον χωροχρόνο Kerr, όπως προβλέπεται από την θεωρία της Γενικής Σχετικότητας. Οι μίνι μαύρες τρύπες που μπορεί να παραχθούν στους επιταχυντές θα είναι περιστρεφόμενες.

Οι φυσικοί πάντως αναφέρουν ότι οι μαύρες τρύπες μπορούν να σχηματιστούν μόνο όταν τα σωματίδια συγκρουστούν στο ένα τρίτο της πιο θεμελιώδους ενέργειας, που είναι γνωστή ως ενέργεια Planck. Με αυτό και μόνο το δεδομένο θα πρέπει να ηρεμήσουν οι επικριτές του LHC. Η ενέργεια Planck είναι 10 ^ 18) φορές μεγαλύτερη από το μέγιστο της παραγωγής ενέργειας του επιταχυντή σωματιδίων, η οποία μπορεί να φθάσει κατά ανώτατο όριο τα 7 TeV ανά δέσμη, ή 14 TeV και στις δύο συγκρουόμενες δέσμες.

Χρησιμοποιώντας εκατοντάδες υπολογιστές για να υπολογίσουν τις περίπλοκες μαθηματικές λεπτομέρειες της σύγκρουσης, οι δύο ερευνητές διέψευσαν παλαιότερες εκτιμήσεις και έδειξαν ότι μαύρες τρύπες μπορούν να δημιουργηθούν όταν τα σωματίδια συγκρούονται με συνολική ενέργεια ίση με περίπου το ένα τρίτο της ενέργειας Planck.

Πάντως οι φυσικοί διαβεβαιώνουν τον κόσμο ότι οι τεχνητές μαύρες τρύπες θα διασπώνταν άμεσα σε συνηθισμένα σωματίδια. πριν προλάβουν να καταπιούν τον πλανήτη, αν μπορούσαν να σχηματιστούν.

"Θα είχα εκπλαγεί ιδιαίτερα εάν υπήρχε μια θετική ανίχνευση σχηματισμού μιας μαύρης τρύπας στον επιταχυντή," λέει ο ειδικός Matthew Choptuik, από το Πανεπιστήμιο της Βρετανικής Κολομβίας, στο Βανκούβερ του Καναδά. Μαζί με τον Frans Pretorius, του Πρίνστον, δημιούργησε το μοντέλο του ηλεκτρονικού υπολογιστή και το οποίο χρησιμοποιήθηκε για τις έρευνες αυτές.

"Είναι ένας πραγματικός φόρος τιμής για την ικανότητα τους να προσομοιώσουν ένα τέτοιο σχηματισμό," προσθέτει ο Steve Giddings από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στη Σάντα Μπάρμπαρα (UCSB) και θεωρητικός της βαρύτητας. Η ουσία είναι ότι, για τώρα, μπορούμε να είμαστε ήσυχοι ότι η δυνατότητα της δημιουργίας των μαύρων οπών στον επιταχυντή LHC είναι εξαιρετικά μικρή.