Los microagujeros negros , también llamados agujeros negros de la mecánica cuántica o mini agujeros negros , son pequeños agujeros negros hipotéticos , para los que los efectos de la mecánica cuántica juegan un papel importante. [1] El concepto de que pueden existir agujeros negros que son más pequeños que la masa estelar fue introducido en 1971 por Stephen Hawking . [2]
Es posible que tales agujeros negros primordiales cuánticos se hayan creado en el entorno de alta densidad del Universo temprano (o Big Bang ), o posiblemente a través de transiciones de fase posteriores. Los astrofísicos podrían observarlos a través de las partículas que se espera que emitan mediante la radiación de Hawking . [3]
Algunas hipótesis que involucran dimensiones espaciales adicionales predicen que los microagujeros negros podrían formarse a energías tan bajas como el rango de TeV , que están disponibles en aceleradores de partículas como el Gran Colisionador de Hadrones . Luego, se han planteado preocupaciones populares sobre los escenarios del fin del mundo (consulte Seguridad de las colisiones de partículas en el Gran Colisionador de Hadrones ). Sin embargo, tales agujeros negros cuánticos se evaporarían instantáneamente, ya sea totalmente o dejando solo un residuo de interacción muy débil. [ cita requerida ] Además de los argumentos teóricos, los rayos cósmicosgolpear la Tierra no produce ningún daño, aunque alcanzan energías en el rango de cientos de TeV .
En una de las primeras especulaciones, Stephen Hawking conjeturó que un agujero negro no se formaría con una masa por debajo de aproximadamente10 −8 kg (aproximadamente la masa de Planck ). [2] Para hacer un agujero negro, uno debe concentrar masa o energía lo suficiente como para que la velocidad de escape de la región en la que se concentra exceda la velocidad de la luz .
Algunas extensiones de la física actual postulan la existencia de dimensiones adicionales del espacio. En el espacio-tiempo de dimensiones superiores, la fuerza de la gravedad aumenta más rápidamente al disminuir la distancia que en tres dimensiones. Con ciertas configuraciones especiales de las dimensiones adicionales, este efecto puede reducir la escala de Planck al rango de TeV. Ejemplos de tales extensiones incluyen grandes dimensiones adicionales , casos especiales del modelo de Randall-Sundrum y configuraciones de teoría de cuerdas como las soluciones GKP. En tales escenarios, la producción de agujeros negros posiblemente podría ser un efecto importante y observable en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC). [1] [4] [5] [6] [7]También sería un fenómeno natural común inducido por rayos cósmicos .
Todo esto supone que la teoría de la relatividad general sigue siendo válida a estas pequeñas distancias. Si no es así, otros efectos, actualmente desconocidos, podrían limitar el tamaño mínimo de un agujero negro. Las partículas elementales están equipadas con un momento angular intrínseco ( espín ) cuántico-mecánico . La ley de conservación correcta para el momento angular total (orbital más espín) de la materia en el espacio-tiempo curvo requiere que el espacio-tiempo esté equipado con torsión . La teoría más simple y natural de la gravedad con torsión es la teoría de Einstein-Cartan . [8] [9] La torsión modifica la ecuación de Dirac en presencia del campo gravitacional y causapartículas de fermión que se extenderán espacialmente. En este caso, la extensión espacial de los fermiones limita la masa mínima de un agujero negro al orden de10 16 kg , lo que demuestra que es posible que no existan microagujeros negros. La energía necesaria para producir tal agujero negro es 39 órdenes de magnitud mayor que las energías disponibles en el Gran Colisionador de Hadrones, lo que indica que el LHC no puede producir mini agujeros negros. Pero si se producen agujeros negros, entonces se demuestra que la teoría de la relatividad general es incorrecta y no existe a estas pequeñas distancias. Las reglas de la relatividad general se romperían, como es consistente con las teorías de cómo la materia, el espacio y el tiempo se descomponen alrededor del horizonte de eventos.de un agujero negro. Esto probaría que las extensiones espaciales de los límites del fermión también son incorrectas. Los límites del fermión asumen una masa mínima necesaria para sostener un agujero negro, a diferencia de lo opuesto, la masa mínima necesaria para iniciar un agujero negro, que en teoría se puede lograr en el LHC en algunas condiciones. [10] [11]