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1 de Julio de 2005
Altas energías

Agujeros negros cuánticos

Quizá se creen pronto agujeros negros en el laboratorio.

JEAN-FRANCOIS PODEVIN

En síntesis

Los agujeros negros no tienen por qué ser monstruos enormes y voraces. De las teorías físicas fundamentales se sigue que los hay de los tamaños más diversos, incluso menores que las partículas subatómicas.

Podría haber agujeros negros pequeños, residuos de las primeras etapas tras la gran explosión, cuyo estallido ocurriría en el universo actual. Los instrumentos astronómicos lo observarían en algún caso.

Si el espacio tiene dimensiones extra con las características adecuadas, el umbral de energía para la producción de agujeros negros será mucho más bajo de lo que se suponía. El LHC del CERN podría producirlos.

Desde que se inventaron los aceleradores de partículas hace casi ochenta años, se los ha utilizado para romper átomos, transmutar elementos, producir antimateria y crear partículas nunca vistas en la naturaleza. Pero con suerte quizás encaren enseguida un desafío que hará que esos logros parezcan casi vulgares. Los aceleradores podrían generar los objetos más misteriosos del universo: los agujeros negros.

Cuando se piensa en agujeros negros, se suelen imaginar monstruos de masa enorme que se tragan naves espaciales, incluso estrellas enteras. Pero los agujeros que se producirían en los aceleradores de las más altas energías —quizá ya en el año 2007, cuando el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN, cerca de Ginebra, empiece a funcionar— quedan muy lejos de esos gigantes astrofísicos. Serían microscópicos, comparables en tamaño a las partículas elementales. No desgajarían estrellas, no reinarían en las galaxias ni plantearían una amenaza a nuestro planeta, pero en algunos aspectos sus características resultarían aún más extraordinarias. A causa de efectos cuánticos, se evaporarían a poco de haberse formado y emitirían tal riqueza de partículas, que encenderían los detectores como árboles de Navidad. Gracias a los pormenores de esa desintegración, conoceríamos mejor el tejido del espaciotiempo y sus posibles dimensiones no observadas.

La compresión

En su forma moderna, el concepto de agujero negro emerge de la teoría general de la relatividad de Einstein, que predice que, cuando la materia se comprime suficientemente, su gravedad llega a ser tan intensa que delimita una región del espacio de la cual nada puede escapar. El límite de la región recibe el nombre de horizonte de sucesos del agujero negro: los objetos pueden atravesarlo para caer dentro del agujero, pero ninguno lo atravesará de nuevo para salir de ahí. En el caso más simple, en el que el espacio no tiene dimensiones ocultas o esas dimensiones son menores que el agujero, el tamaño de este es directamente proporcional a su masa. Si se comprimiera el Sol hasta un radio de tres kilómetros, unas cuatro millonésimas de su actual tamaño, se convertiría en un agujero negro. Para que la Tierra tuviera el mismo sino, se necesitaría comprimirla hasta un radio de nueve milímetros, alrededor de una milmillonésima de su tamaño actual.

Así, cuanto más pequeño sea el agujero, más alto será el grado de compresión que se requerirá para crearlo. El grado de densidad a alcanzar por la materia comprimida crece con el inverso del cuadrado de la masa. Para un agujero de la masa del Sol, la densidad ronda los 1019 kilogramos por metro cúbico, muy por encima de la que se da en un núcleo atómico. Tal densidad es la mayor que se puede crear por colapso gravitatorio en el universo de hoy. Un cuerpo más ligero que el Sol resistiría el colapso porque las fuerzas repulsivas cuánticas entre las partículas subatómicas lo estabilizarían. Las estrellas más ligeras que podrían llegar a convertirse en agujero negro cuentan con unas seis masas solares.

 

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