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20 de Enero de 2014
ALTAS ENERGÍAS

El LHC no encuentra agujeros negros cuánticos

La colaboración ATLAS descarta la existencia de tales estados exóticos con masas de hasta 5,3 TeV.

Agujeros negros microscópicos: Simulación de la producción y desintegración de un agujero negro en el detector ATLAS. [CERN / Colaboración ATLAS]

Algunos modelos que contemplan la existencia de dimensiones extra del espaciotiempo rebajan la escala de la gravedad cuántica hasta el teraelectronvoltio (TeV). De ser el caso, en las colisiones protón-protón que lleva a cabo el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN podrían producirse agujeros negros microscópicos. Aunque la mayoría de los físicos lo consideran poco probable, su búsqueda merece mucho la pena, ya que cualquier indicio en ese sentido supondría una verdadera revolución en física teórica. 

Con ese objetivo, la colaboración ATLAS ha analizado los datos correspondientes a las colisiones efectuadas en el LHC hasta 2012 y a una energía total de 8 TeV. Los físicos de ATLAS han cribado esos datos en busca de procesos en los que un hipotético agujero negro cuántico se hubiese desintegrado en un leptón (un electrón o un muón) y un chorro hadrónico (un haz de partículas formadas por quarks). Con un nivel de confianza del 95 por ciento, los expertos concluyen que, si dichos agujeros negros existen, su masa debe ser supeiror a los 5,3 TeV. El artículo técnico de la colaboración ATLAS fue aceptado la semana pasada para su publicación en Physical Review Letters.

Los agujeros negros cuánticos que han buscado los físicos de ATLAS no se corresponden con los agujeros negros semiclásicos «habituales», cuyo proceso de desintegración quedaría bien descrito por la emisión de radiación de Hawking. Antes bien, se trataría de agujeros negros con la masa mínima permitida por las leyes de la gravitación cuántica. Se sabe que, en tales casos, la aproximación usada por Stephen Hawking en 1974 para demostrar su resultado seminal sobre la «evaporación» de los agujeros negros (en la que los campos de radiación son cuánticos, pero el campo gravitatorio quedaría descrito por las ecuaciones clásicas de la relatividad general) no es válida.

Durante los últimos años, los físicos han desarrollado algunos modelos fenomenológicos para describir cómo sería la desintegración de los agujeros negros cuánticos que podrían producirse en el LHC. Dichos modelos predicen que un agujero negro tan pequeño no se desintegraría por radiación de Hawking, caracterizada por un gran número de partículas de todo tipo, sino que lo haría en muy pocas partículas. Una de las señales más distintivas sería la producción de un leptón y un chorro hadrónico, motivo por el que la colaboración ATLAS ha centrado su búsqueda en dicho canal de desintegración. Por el momento, sin embargo, los anhelados indicios de gravedad cuántica o de dimensiones suplementarias del espaciotiempo deberán seguir esperando.

Más información en Physical Review Letters. Una versión gratuita del artículo técnico se encuentra disponible en el repositorio arXiv. Como introducción a la fenomenología de la producción de agujeros negros en el LHC, puede consultarse «Colorful quantum black holes at the LHC» (X. Calmet, W. Gong y S. Hsu, Phys. Lett. B668, 2008; arXiv:0806.4605).

—IyC 

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