Naukowcy spierają się, czy czarne dziury mogą powstać w wyniku zderzania cząstek przy wielkich energiach w Wielkim Zderzaczu Hadronów w CERN. Prace Matthew Choptuika z University of British Columbia i Fransa Pretoriusa z Princeton University dowodzą, że możemy stworzyć czarne dziury w LHC.
- Rozwiązaliśmy niektóre równania pola Einsteina, które opisują czołowe zderzenia solitonów przy niektórych energiach – mówi serwisowi PhysOrg współautor pracy opublikowanej w Physical Review Letters Matthew Choptuik. – Nasze obliczenia dają wyniki, których większość się spodziewała, jednak wcześniej nikt ich nie przeprowadził – dodaje. Teraz naukowcy będą wiedzieli dokładniej, czego szukać, jeśli będą chcieli udowodnić, że udało się stworzyć czarną dziurę w akceleratorze.
Praca amerykańskich badaczy ma związek z próbami opracowania teorii unifikującej oddziaływanie jądrowe i grawitację. Chodzi o to, by opisać działanie grawitacji na poziomie cząstek. Obecnie znany nam świat opisują, i to bardzo precyzyjnie, dwie teorie: teoria grawitacji i teoria kwantów. Ta pierwsza, czyli klasyczna fizyka, bardzo dobrze wyjaśnia ruchy planet, galaktyk, krótko mówiąc, dobrze znaną każdemu grawitację. Mechanika kwantowa równie dobrze opisuje zachowanie się cząstek elementarnych. Potrafi skutecznie przewidzieć istnienie jeszcze nie zaobserwowanych cząstek. Kiedy jednak próbujemy zastosować klasyczną fizykę do opisu świata cząstek i odwrotnie mechanikę kwantową do opisu „dużego” świata, wychodzą bzdury. Naukowcy wierzą, że obie te teorie powinno się dać zastąpić jedną, opisująca w spójny sposób świat. Ma to być kwantowa grawitacja.
Jedną z najbardziej obiecujących w tym zakresie teorii jest teoria strun. W dużym przybliżeniu mówi ona, że cząstki nie są de facto cząstkami, tylko cieniutkimi strunami zwiniętymi w wielu wymiarach. To, co obserwujemy jako różne cząstki, jest natomiast wynikiem różnych częstotliwości, z jakimi struny drgają. Żeby jednak drgały „sensownie” potrzebna jest co najmniej 10-wymiarowa przestrzeń. Trzy „znane” nam wymiary przestrzenne i czas są według teorii strun „duże” natomiast pozostałe są „zwinięte” do rozmiarów subatomowych.
Gdyby okazało się, że niewidzialne dotąd wymiary rzeczywiście istnieją, mogą one mieć rozmiary rzędu dziesiątych lub setnych części mikrometra. Według Choptuika, gdyby tak było, czyli, gdyby te wymiary były odpowiednio „duże” wówczas z rozwiązania równań pola Einsteina wynika, że zderzając cząstki w LHC możemy wytworzyć czarne dziury.
Trudno jednak spodziewać się, że powstałe w LHC czarne dziury wchłoną świat. To będą czarne mikrodziury, które natychmiast wyparują. Praca Choptuika i Pretoriusa pomoże wykryć efekt owego parowania. W przypadku zwykłych kolizji cząstek w detektorach widać liniowe ślady cząstek powstałych po zderzeniu. - Jeśli jednak doszłoby do wyparowania czarnej dziury w LHC, wówczas ślad takiego rozpadu powinien mieć raczej sferyczny kształt – wyjaśnia Choptuik. Od samego wyliczenia teoretycznej możliwości powstania czarnej dziury w LHC, do jej rzeczywistego zaobserwowania jeszcze długa droga. Wydaje się, że będziemy musieli z tym poczekać, aż LHC podwoi energię z jaką zderza cząstki. A to nastąpi dopiero w 2013 roku.
Zabawne jest to, że artykuł w serwisie nauka.polskieradio.pl „Mamy małe czarne dziurki”, choć był prima aprilisowym dowcipem, miał w sobie drobniutkie ziarnko prawdy. Prorok, czy co?
Andrzej Szozda
Źr. Physorg.com, wikiedia.org.
