¿Agujeros negros?

Acercándonos al LHC

No hay bases para estar preocupados por las consecuencias que se puedan derivar de la generación en el LHC de nuevas partículas o formas de materia”. Asi se manifestaron los cinco físicos que constituyen el LHC Safety Assessment Group.

"Todo lo que el LHC pueda hacer ya lo ha hecho la Naturaleza muchas veces antes".

El estudio puede ser leido en http://lsag.web.cern.ch/lsag/LSAG-Report.pdf.

Este grupo, que ha traballado anonimamente durante 2007 y la primeira metade do 2008 está formdo por John Ellis, Michelangelo Mangano, Gian Giudice y Urs Wiedemann, del CERN, eIgor Tkachev, del Instituto para la Investigación Nuclear de Moscú.

Algunos científicos críiticos han argumentado, no obstante, que el CERN ha ignorado o menospreciado el riesgo de que el LHC pueda producir un "agujero negro" que acabe con la Terra, o que se puedan crear otras partículas peligrosas.

El LHC Safety Assessment Group, sin embargo, desde sus estudios precisa que rayos cósmicos ultra energéticos producen colisiones equivalentes a las del LHC sobre la Terra y otros objectos astronómicos de forma contínua. “Esto se traduce en que la Natureza ha completado alredor de 1031 programas experimentales LHC desde el comienzo del Universo, y las estrellas y las galaxias están aún ahí ”, argumentan.

Los siguientes cálculos pretenden de una forma simple traer aquí el razonamiento del LSAG Report arriba mencionado.


 

Los rayos cósmicos son partículas energéticas originadas en el espacio y que colisionan contra la atmósfera de la Tierra. Casi el 90% de ellos son protones, alredor del 9% son núcleos de Helio (partículas alfa) y un 1% son electrones

Los rayos cósmicos están bombardeando la atmósfera terrestre continuamente y una parte de ellos con  energías mayores que las de los protones en el LHC. Por tanto, estos rayos pueden producir en el centro de masas energías equivalentes y superiores a las que se va generar en las colisiones del LHC.

Imagen Nasa Website

Calculemos la energía necesaria que deben poseer para que chocando con un blanco fijo (partículas en reposo en la atmósfera), impliquen una energía total en la colisión de 14 TeV.

Debemos utilizar condiciones relativistas. Llamemos sistema LHC a aquel en el que dos protones colisionan de frente, y sistema CR (Cosmic Ray) a aquel en el que un protón (rayo cósmico) colisiona contra un blanco fijo (protón en reposo en la atmósfera).

Siendo E la energía de las dos partículas en el sistema y P el momento total, de las relaciones de invarianza de la Teoría Especial de la Relatividad se sigue:

Así, la energía equivalente en el centro de masas, cuando un protón (rayo cósmico) colisiona contra la atmósfera, será como mínimo de 14 TeV si la energía de ese protón es1017eV o mayor.
 

La figura siguiente  (tomada de aquí) muestra el espectro energético diferencial para los rayos cósmicos.  Nosotros hemos de considerar el flujo total debido a rayos cósmicos con energía de 1017eV o mayor.

En la gráfica está representado el Flujo diferencial en función de la energia de los rayos cósmicos. De forma sencilla es una medida del número de rayos cósmicos que inciden en función de su energía por metro cuadrado y segundo en la atmósfera terreste.

Para conocer el Flujo total en el rango de energías superior a 1017 eV podemos aproximarnos calculando el área del triángulo dibujado.

Su altura es de unas 10-20 partículas/(m2·sr·s·GeV).1 y su base es de alredor de 1020 eV (1011GeV). Por encima de ese valor el flujo de rayos cósmicos es depreciable.

Entonces:

Supondremos que el Sol recibe la misma cantidad de esa clase de rayos cósmicos ultra energéticos (el campo magnético del Sol es enorme y muy complejo) y que todos los rayos cósmicos son protones. Una aproximación más exacta no afectaría para nada a la conclusión de que el LHC no supone riesgo alguna para la Tierra.

La superficie del Sol es:

Por tanto , cada segundo el número de colisiones, equivalentes en energía a las del LHC, en la superficie del Sol es:

El número de colisiones por segundo en ATLAS o CMS a la máxima luminosidad posible es de alredor de:

600 millones/s   ≃  109 colisiones/segundo.

Por tanto, el Sol sufre cada segundo el mismo “peligro” que el que existirá debido a las colisiones en el LHC en ese mismo tiempo. Pero esta situación para el Sol viene ocurriendo desde su creación. Y el Sol aún existe.

Si además consideramos los millones de estrellas aún más grandes que nuestro Sol, y por tanto sufriendo más colisiones, es fácil asumir que verdaderamente no hay ninguna razón para el alarmismo.

Nótese que el razonamiento realizado abarca todas las situaciones que han sido objeto de argumentación: agujeros negros que acabarían con el planeta, y objetos peligrosos comomonopolos magnéticos,strangletes, burbujas de vacío, etc.

El peligro real en relación al LHC son los absurdos e infundados miedos difundidos a través de Internet y los medios de comunicación. Esto ya ocurrió en otras épocas de la historia, pero ahora son objeto de una rapidísima difusión, lo que puede tener efectos muy perjudiciales para la genuina investigación científica.

AUTORES


Xabier Cid Vidal, Doctor en Física de Partículas (experimental) por la Universidad de Santiago (USC). Research Fellow in experimental Particle Physics en el CERN, desde enero de 2013 a diciembre de 2015. Actualmente está en el Depto de Física de Partículas de la USC  ("Ramon y Cajal", Spanish Postdoctoral Senior Grants).

Ramon Cid Manzano, profesor de Fïsica y Química en el IES de SAR (Santiago - España), y Profesor Asociado en el Departamento de Didáctica de Ciencias Experimentales de la Facultad de Educación de la Universidad de Santiago (España). Es licenciado en Física y en Química, y Doctor por la Universidad de Santiago (USC).

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