El fin del mundo y el origen de la masa

 

Se comenta que un ejército de pequeños agujeros negros podría terminar con nuestro planeta antes de que finalice 2008. La preocupación ha nacido tras el comienzo de las operaciones del LHC (siglas en inglés para Gran Colisionador de Hadrones), el instrumento científico más grande que se haya construido jamás, y que promete dar luz sobre algunos de los más recónditos secretos de la naturaleza.

El LHC, montado en la frontera franco-suiza, es un túnel circular de más de ocho kilómetros de diámetro en el que se acelerarán protones  (núcleos atómicos de hidrógeno) a enormes velocidades para luego hacerlos chocar frontalmente.  

Algunos han sugerido que estas colisiones, al concentrar una gran cantidad de energía en un volumen tan pequeño, podrían producir minúsculos agujeros negros. Éstos comenzarían a crecer alimentándose de nuestro planeta, tragándoselo poco a poco como voraces termitas, hasta que finalmente la Tierra, convertida en una especie de queso suizo cósmico, colapsaría en un agujero negro de menos de dos centímetros de diámetro.

¿Tienen estas especulaciones alguna base científica confiable? La respuesta es categórica: duerma tranquilo, no la tienen.

Pero comencemos por lo esencial. ¿Para qué queremos producir esos violentos choques de protones? 

Para describir el mundo subatómico, la física dispone del así llamado “Modelo Standard”, teoría que describe las partículas elementales y a tres de las cuatro fuerzas fundamentales (electromagnética, nuclear débil y nuclear fuerte. No incluye la gravedad). Este  modelo predice la existencia de una partícula que jamás se ha observado: el Higgs. Es éste el responsable de conferir masa a todo el resto de las partículas. Si la teoría es correcta, entonces los experimentos del LHC deberían  ser capaces de cazar al hasta ahora escurridizo Higgs.

No es fácil observar partículas elementales. La mayoría vive un tiempo muy corto antes de transformarse en otras.  Además, producirlas no es gratuito. La famosa ecuación de Einstein (E=mc2) dice que la masa es una forma de energía. Y la energía es la moneda de cambio de la naturaleza. Las partículas más pesadas son más caras.  El Higgs es una partícula muy pesada en la escala subatómica. Se piensa que debe pesar al menos 100 veces el peso de un protón. Es por eso que para crearlos  el LHC acelerará protones a velocidades  cercanas a la de la luz, que llevan consigo mucha energía (energía cinética, o de movimiento) y así la colisión tenga la chance de producir, entre otras cosas, algunos Higgs.

¿Pero cómo sabemos que no se crearán también agujeros negros? Si usamos las teorías más conservadoras y universalmente aceptadas llegaremos rápidamente a la conclusión de que, precisamente debido a la debilidad de la fuerza gravitacional,   la energía no será suficiente.

Sin embargo, dejémonos  llevar un momento por ideas contemporáneas más especulativas.

Ya dijimos que la gravedad no es parte del Modelo Standard de partículas elementales. Para la gran mayoría de los fenómenos esto no importa. En el mundo subatómico ésta no juega ningún papel relevante precisamente por su debilidad respecto de las otras fuerzas.  Por otra parte, en el contexto cosmológico, donde la gravedad resulta ser crucial, son los efectos de las otras fuerzas los que se pueden despreciar.  Sin embargo hay una pequeña pero importante excepción: la primera fracción de segundo después del Big-Bang. 

Entonces  el universo era muy denso y caliente, y en estas condiciones extremas todas las fuerzas eran igualmente relevantes. Para comprender lo que sucedió allí, necesitamos por lo tanto una teoría unificada que describa simultáneamente las cuatro fuerzas. Su construcción es uno de los grandes problemas científicos del siglo XXI. Por ahora hay sólo algunas candidatas. La más popular es la “teoría de cuerdas”. Curiosamente, en ésta el espacio tiene nueve dimensiones: en lugar de las tres que vemos, habría seis más, enrolladas, imposibles de notar a simple vista. De existir estas dimensiones, entonces habría una explicación para la debilidad de la fuerza gravitacional: ésta se filtra, se escabulle por las dimensiones escondidas. Partículas que colisionan a altas energías podrían  experimentar las otras dimensiones, sintiendo una fuerza gravitacional mucho más fuerte, lo que les permitiría producir agujeros negros.
Y si así fuera ¿sería peligroso? No, ya que de acuerdo a una teoría bastante aceptada -elaborada por Stephen Hawking-, estos agujeros negros se evaporarían en una fracción pequeñísima de tiempo, convirtiéndose en luz y otras partículas.

Pero ya que estamos especulando, pongámonos en el peor escenario: ¿qué sucedería si existen esas dimensiones extras pero la teoría de Hawking es incorrecta? Bueno, tampoco hay de qué preocuparse. El LHC hará, en condiciones controladas, lo que la naturaleza ya ha hecho por miles de millones de años. La Tierra y todos los astros que observamos  son bombardeados continuamente por rayos cósmicos de energías que superan con creces a las que podemos producir en el LHC. Si estas colisiones fueran peligrosas, muchas de las estrellas que observamos ya hubiesen sido digeridas por estas hordas de hambrientos agujeros negros. Pero afortunadamente aún están allí, mostrándonos que, después de todo, el cosmos sigue siendo un lugar seguro para vivir.

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