Φυσικοί με την προσομοίωση BlackMax θα ψάξουν για πρόσθετες διαστάσεις στο Σύμπαν

Πηγή: ScienceDaily,  9 Νοεμβρίου 2008

Μια ομάδα θεωρητικών και πειραματικών φυσικών σχεδίασαν μια νέα προσομοίωση για μαύρες τρύπες που ονομάζεται BlackMax, για να αναζητήσουν αποδεικτικά στοιχεία ότι θα μπορούσαν να υπάρχουν στο Σύμπαν πρόσθετες διαστάσεις.

Οι μαύρες τρύπες είναι θεωρητικά περιοχές στο διάστημα, όπου το πεδίο βαρύτητας τους είναι τόσο ισχυρό που τίποτα δεν μπορεί να ξεφύγει την έλξη τους, μόλις αυτό διασχίσει το λεγόμενο Ορίζοντα Γεγονότων. Το δε BlackMax προσομοιώνει τις περιοχές αυτές.

Το πρόγραμμα, που κατασκευάζεται εδώ και δύο χρόνια περίπου, δίνει τη δυνατότητα να δοκιμάσουν οι φυσικοί θεωρίες για την παραγωγή και την διάσπαση των μαύρων οπών και λαμβάνει υπόψη του νέου είδους φαινόμενα τόσο στη δημιουργία όσο και στην εξάτμιση τους στο νέο επιταχυντή LHC.

Για παράδειγμα, οι μαύρες τρύπες που δημιουργούνται στο LHC αναμένεται να αρχίσουν να περιστρέφονται.

Η ιδιοπεριστροφή της μαύρης τρύπας αυξάνει το κλάσμα της μάζας της μαύρης τρύπας που ξεφεύγει (διαχέεται) με τη μορφή των βαρυτονίων, που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για να δώσουν ενδείξεις για την ύπαρξη και τη δομή των πρόσθετων διαστάσεων.

Οι μαύρες τρύπες έχουν μελετηθεί με την προσομοίωση BlackMax από τα μέλη του πειράματος ATLAS στον επιταχυντή LHC, ένας από τους δύο μεγάλους ανιχνευτές σωματιδίων στο νέο επιταχυντή στη Γενεύη. Μεταξύ των ερευνητών είναι φυσικοί του Πανεπιστημίου Case Western Reserve, του Πανεπιστημίου της Νέας Υόρκης (SUNY) στο Μπάφαλο, του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης.

Ο ανιχνευτής ATLAS λειτουργεί περίπου όπως οι ερευνητές που κάνουν αναζητήσεις στον τόπο ενός αεροπορικού δυστυχήματος, που μαζεύουν κομμάτι κομμάτι τα συντρίμμια για να βρουν τα αίτια της διάλυσης.

Το BlackMax, που προβλέπει πως αυτά τα κομμάτια θα πέσουν, θα επιτρέψει στους φυσικούς να εξετάσουν τα δεδομένα από το πείραμα ATLAS για να δουν τα σωματίδια που ελευθερώνονται στον ανιχνευτή αν μοιάζουν  με αυτά που θα περίμενε κανείς, όταν μια μαύρη τρύπα παράγεται και στη συνέχεια εξατμίζεται.

Οι συνηθισμένες μη βαρυτικές συγκρούσεις που προβλέπονται από το Στάνταρτ Μοντέλο της σωματιδιακής φυσικής τείνουν να παράγουν κομμάτια των πρωτονίων, συγκεντρωμένων σε ένα μικρό αριθμό πιδάκων.

Οι διασπάσεις των μαύρων οπών θα πρέπει να παράγουν περισσότερα σωματίδια από ό,τι γίνεται συνήθως. Τα σωματίδια αυτά θα πρέπει, επίσης, να βγαίνουν κατά ασυνήθιστο τρόπο ισότροπα προς κάθε κατεύθυνση και το μίγμα των σωματιδίων θα πρέπει να είναι πιο δημοκρατικό - να συμπεριλαμβάνουν για παράδειγμα ηλεκτρόνια και παρόμοια σωματίδια τα οποία δεν βρίσκονται μέσα στα πρωτόνια.

Υπό ορισμένες συνθήκες, η διάσπαση μιας μαύρης τρύπας πρέπει επίσης να δημιουργήσει πολλά βαρυτόνια ή γκραβιτόνια που θα περάσουν απαρατήρητα από τον ανιχνευτή ATLAS, αλλά που θα κάνουν τα υπόλοιπα εκπεμπόμενα σωματίδια να μοιάζουν ασύμμετρα και να μεταφέρουν λιγότερη από την κανονική τους ενέργεια.

Ο Glenn Starkman του Case Western Reserve αναφέρει πως αν οι μαύρες τρύπες βρίσκονται μέσα στον επιταχυντή LHC θα επιτρέψουν στους επιστήμονες να κατανοήσουν τη σύνδεση μεταξύ της βαρύτητας και της κβαντομηχανικής, λύνοντας την ασυνέπεια μεταξύ των δύο μεγαλύτερων θεωριών της φυσικής του 20ου αιώνα - τηνη κβαντική μηχανική και τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας.

Θα σήμαινε επίσης την ύπαρξη κι άλλων διαστάσεων στο χώρο, και θα εξηγούσε γιατί η βαρύτητα είναι τόσο ασθενική δύναμη σε σύγκριση με τις άλλες τρεις θεμελιώδεις δυνάμεις της φύσης - τον ηλεκτρομαγνητισμό, την ισχυρή και την ασθενή πυρηνική δύναμη.

Σύμφωνα με τον φυσικό Starkman, οι μαύρες τρύπες που θα μελετηθούν στον LHC θα είναι πολύ μικρές και εξαιρετικά καυτές, με θερμοκρασία δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από αυτήν του ήλιου, ενώ η διάρκεια της ζωής τους θα είναι τόσο μικρή που θα διασπώνται εντός ενός μικροσκοπικού κλάσματα του δευτερολέπτου μετά τη δημιουργία τους .

Πρόσθεσε δε ότι δεν υπάρχει αρκετός χρόνος για τη μαύρη τρύπα να διασταυρωθεί με μια ανθρώπινη τρίχα, "ποτέ δεν εξέρχονται από τον ανιχνευτή".

"Το πιο σημαντικό είναι ότι το σύμπαν έχει κάνει αυτό το πείραμα δισεκατομμύρια χρόνια βομβαρδίζοντας τη γήινη ατμόσφαιρα (για να μην αναφέρουμε όλα τα μυριάδες αστέρια) με κοσμικές ακτίνες. Εάν λοιπόν γνωρίζουμε ότι οι μαύρες τρύπες φτιάχνονται στον LHC, είναι εντελώς ασφαλείς", συμπληρώνει ο Starkman.

Η δημοσίευση της έρευνας για το BlackMax γίνεται στο Physical Review Letters με τίτλο "BlackMax: A Black-Hole Event Generator with Rotation, Recoil, Split Branes and Brane Tension."