Κυριακή, 12 Μαρτίου 2017

Μικροσκοπικές μαύρες τρύπες και πρόσθετες διαστάσεις

o-epitaxuntis-somatidion-lhc-tou-cernTo 1928 σε ηλικία 18 ετών, ο Ινδός φοιτητής Subrahmanyan Chandrasekhar έπαιρνε το πλοίο από την Ινδία για την Αγγλία και το πανεπιστήμιο του Κέμπριτζ όπου θα φοιτούσε. Στη διάρκεια του ταξιδιού του, υπολόγισε χρησιμοποιώντας τη Γενική Σχετικότητα και τις αρχές τις κβαντομηχανικής ένα όριο στη μάζα των άστρων πάνω από το οποίο ένα αστέρι θα μετατραπεί σε μαύρη τρύπα όταν του τελειώσουν τα πυρηνικά καύσιμα.  Το όριο αυτό, γνωστό ως όριο Chandrasekhar, έχει κεντρική θέση στην αστροφυσική και ορίζει την ελάχιστη μάζα μιας μαύρης τρύπας που έχει δημιουργηθεί βαρυτική κατάρρευση.
 
Ο επιταχυντής σωματιδίων LHC του CERN είναι εξοπλισμένος με ανιχνευτές που θα μπορούσαν να παρατηρήσουν τη δημιουργία και την εξαΰλωση μιας μικροσκοπικής μαύρης τρύπας.

Ωστόσο γνωρίζουμε πως θεωρητικά τουλάχιστον είναι δυνατόν να δημιουργηθούν μαύρες τρύπες με μάζα μικρότερη από το όριο Chandrasekhar. Σε αυτή τη περίπτωση, η δημιουργός αιτία δεν είναι οι βαρυτικές δυνάμεις, αλλά εξωτερικές πιέσεις από το περιβάλλον τόσο ισχυρές ώστε να δημιουργήσουν την κατάρρευση μιας ποσότητας ύλης. Τέτοιες μαύρες τρύπες προτάθηκαν τη δεκαετία του 1970 από το Stephen Hawking και άλλους φυσικούς, με τη διαπίστωση πως όσο μικρότερη είναι μια μαύρη τρύπα, τόσο πιο πολύ ακτινοβολεί (και συνεπώς τόσο πιο γρήγορα εξαϋλώνεται).
 
Ο Hawking ήταν αυτός που είχε μιλήσει για αρχέγονες μαύρες τρύπες, καθώς θεωρεί πως πρέπει να δημιουργήθηκε ένα πλήθος από μαύρες τρύπες με σχετικά χαμηλή μάζα όταν το Σύμπαν ήταν ακόμη νεαρό, όπου οι θερμοκρασίες και οι πιέσεις ήταν πολύ μεγάλες.
 
Έχει προταθεί πως εξαιρετικά μικρές και βραχύβιες μαύρες τρύπες μπορούν να δημιουργηθούν και στον επιταχυντή σωματιδίων LHC του CERN. Η ύπαρξη μιας τέτοιας μαύρης τρύπας θα μπορούσε να αναδείξει ακόμη και κάποιες από τις επιπρόσθετες διαστάσεις που «χρειάζονται» ορισμένες σύγχρονες θεωρίες της φυσικής, όπως η θεωρία χορδών.
 
Η ανακάλυψη διαστάσεων πέρα από τις τρεις χωρικές και τη μία για το χρόνο, πέρα από θρίαμβο τέτοιων θεωριών, θα  εξηγούσαν και άλλα φαινόμενα, όπως το γιατί η βαρύτητα είναι τόσο αδύναμη σε σχέση με τις άλλες δυνάμεις του Σύμπαντος.
 
Για παράδειγμα, εάν όντως υπάρχουν 10 χωρικές διαστάσεις, όπως επιτάσσει η θεωρία Μ, μια από τις μεγαλύτερες ελπίδες των θεωρητικών φυσικών για μια ενοποιημένη θεωρία της Φύσης, η βαρύτητα θα διαδίδεται και σε άλλες από τις χωρικές διαστάσεις πέρα από τις 3 που παρατηρούμε. Φαίνεται συνεπώς αδύναμη σε μας, επειδή παρατηρούμε ένα μικρό μέρος της δράσης της.
 
Κανονικά, θα χρειαζόταν περισσότερη ενέργεια από τη διαθέσιμη των 10 περίπου TeV για τη δημιουργία μιας μαύρης τρύπας στον LHC. Ωστόσο, εάν όντως η ισχύς της βαρύτητας είναι μεγαλύτερη λαμβάνοντας υπ’ όψη τις πρόσθετες διαστάσεις, τότε είναι δυνατό να δημιουργηθούν μικρές μαύρες τρύπες.
 
Όταν δύο σωματίδια συγκρουσθούν με ταχύτητες που πλησιάζουν την ταχύτητα του φωτός, μεγάλα ποσά ενέργειας συγκεντρώνονται σε πολύ περιορισμένο χώρο, δημιουργώντας μια πύλη για τη δράση των βαρυτικών δυνάμεων άλλων διαστάσεων.
 
Κάτι τέτοιο θα μπορούσε να συμβεί είτε στον LHC είτε και στα στρώματα της ατμόσφαιρας από υπερενεργά κοσμικά σωματίδια όμως ο LHC φαντάζει ιδανικότερος για την παρατήρησή τους, καθώς είναι εξοπλισμένος με ανιχνευτές που θα μπορούσαν να παρατηρήσουν τη δημιουργία και την εξαΰλωση μιας μικροσκοπικής μαύρης τρύπας.
 
Οι επιστήμονες ψάχνουν με ανυπομονησία για αυτά τα εξωτικά αντικείμενα, αλλά μέχρι σήμερα δεν έχουν ανακαλύψει κάτι προς αυτή την κατεύθυνση. Αυτό πρακτικά σημαίνει πως είτε δεν υπάρχουν τα φαινόμενα αυτά, ή είναι τόσο σπάνια ώστε δεν έχουν βρεθεί ακόμη. Εάν δεν υπάρξει κάποια ανακάλυψη με τα δεδομένα από τον αναβαθμισμένο LHC το 2017, είναι πιθανό πως θα χρειαστεί μια νέα κατεύθυνση για τη θεωρητική φυσική