...que el mundo se va acabar por culpa del Gran Colisionador de Hadrones?

Por: Daniele Colosi Instituto de Matemáticas Unidad Académica Morelia

El LHC, por el acrónimo inglés Large Hadron Collider, es el gran colisionador de hadrones situado en el CERN, el centro europeo para la investigación nuclear (en francés es el Centre Européen pour la Recherche Nucléaire), de Ginebra. Está constituido por un túnel de 27 km que se extiende entre Suiza y Francia, en donde 1700 imanes superconductores refrigerados por helio líquido aceleran haces de protones, que pertenecen a la familia de partículas llamadas hadrones, y posteriormente los hacen colisionar a una energía elevadísima. El LHC representa actualmente el más poderoso acelerador de partículas construido por el hombre y constituye un  instrumento fundamental de investigación en el campo de la física de partículas. En efecto, al colisionar los protones se crean numerosísimas nuevas partículas y el estudio de las propiedades de estas partículas permitirá contestar varias de las preguntas abiertas de la física.

Sin embargo opositores se han levantado en contra de los experimentos realizados en el LHC. El CERN ha sido citado a juicio, junto con el Departamento de Energía y la Fundación Nacional de Ciencia de los Estados Unidos en la Corte Federal de Hawái para intentar frenar lo que algunos consideran como actividades altamente riesgosas. Los acusadores pretendían que el LHC podría crear agujeros negros microscópicos que acabarían por devorar la Tierra. La demanda legal fue desestimada y el LHC está actualmente en función permitiendo a los investigadores recolectar datos que serán posteriormente analizados. Pero, ¿es posible crear un agujero negro en el LHC? ¿Y qué es un agujero negro? ¿Y por qué las colisiones de protones no presentan algún riesgo?

Empezamos por presentar los agujeros negros. Se trata de objetos físicos predichos por la teoría de la relatividad general. Dicha teoría describe la interacción gravitacional y la estructura del espacio-tiempo. Es una de las teorías físicas mejor verificadas que existen: todos los datos experimentales, resultados de mediciones muy precisas, muestran un acuerdo con las predicciones teóricas de la relatividad general verdaderamente espectacular. Ahora bien, según esta teoría una concentración de materia suficientemente grande puede crear un campo gravitacional a su alrededor tan intenso que ni siquiera la luz puede escapar. Eso es lo que se llama un agujero negro. Algunos agujeros negros se forman por colapso gravitacional de ciertas estrellas y hay actualmente evidencias indirectas de la existencia de un agujero negro en el centro de nuestra galaxia, aunque no se conoce su origen.

En las colisiones de protones que ocurren en le LHC, una gran cantidad de energía se concentra en la pequeña región en donde chocan los haces de protones. ¿Podría esta concentración de energía producir un agujero negro? La relatividad general proporciona una respuesta muy sencilla: ¡no!, porque la energía de los choques es insuficiente para generar un agujero negro.

Sin embargo eso no pone un término a la interrogante. En efecto la relatividad general podría resultar ser solamente una aproximación y no una teoría exacta de la naturaleza. Dicho en otras palabras, es posible considerar la existencia de aspectos de la naturaleza que no son tomados en cuenta por la relatividad general, y que serían relevantes en la producción de agujeros negros en el LHC. La hipótesis más significativa en este contexto concierne la existencia de dimensiones extras, o sea de dimensiones adicionales además de las cuatro dimensiones conocidas (tres dimensiones espaciales y una dimensión temporal). Aunque no se hayan encontrado evidencias de dimensiones extras, no se puede descartar a priori esta hipótesis; algunos de los desarrollos de la física teórica, como la teoría de cuerdas, aceptan esta hipótesis como válida. Ahora, si este fuera el caso, si existieran más de cuatro dimensiones, la energía necesaria para formar un agujero negro sería menor, y consecuentemente sería posible crear uno de estos objetos en el LHC.

Dado el tamaño extremadamente pequeño de la región donde serían eventualmente producidos, los agujeros negros tendrían dimensiones microscópicas. Y para estos mini agujeros negros serán particularmente relevantes los efectos cuánticos, o sea los efectos predichos por la mecánica cuántica, que es la teoría que describe la física a escala microscópica. En 1974, el físico inglés Stephen Hawking, aplicando la mecánica cuántica a la física de los agujeros negros, obtuvo un resultado sorprendente: ¡los agujeros negros no son completamente negros! El resultado de Hawking en efecto predice que los agujeros negros emiten un flujo de partículas, perdiendo por ese medio masa y energía. Esa evaporación, como se le dice, produce la desaparición del agujero negro, y resulta ser tanto más rápida cuanto menor es la masa del agujero negro. Consecuentemente los mini agujeros negros eventualmente creados en el LHC estarían destinados a evaporarse casi instantáneamente y sin representar entonces ningún riesgo para nosotros.

Además de las consideraciones teóricas invocadas hasta ahora, existen observaciones experimentales concernientes a los rayos cósmicos que indican por qué las colisiones producidas en el LHC no producirán ningún agujero negro. En efecto los rayos cósmicos son partículas atómicas y subatómicas, constituidas en un 90% de protones, producidas en el espacio exterior que chocan continuamente con la atmósfera terrestre. La energía de estos choques resulta mucho mayor de la energía alcanzable en el LHC. Por esta razón tendrían que estarse produciendo un gran número de agujeros negros debido a los rayos cósmicos. Este fenómeno tendría que ocurrir esencialmente desde que existe la Tierra. ¡Pero todavía el planeta Tierra existe! Estas mismas consideraciones pueden extenderse a los otros cuerpos celestes, como el Sol, las otras estrellas, las galaxias, que también son bombardeadas por rayos cósmicos de alta energía. Si se crearan agujeros negros por estos choques, y después de un cierto tiempo estos agujeros negros acabaran por comerse la materia de sus alrededores, no se podrían observar cuerpos celestes muy antiguos. Al contrario se han observado estrellas y galaxias de miles de millones de años, lo que demuestra que ningún agujero negro posiblemente creado por colisiones de partículas ha destruido estos objetos. En particular se ha estimado que cada segundo en el universo entero se producen tantas colisiones como el equivalente a 3 x 10^13 (o sea 3 seguido por 13 ceros, es decir 30 millones de millones) de experimentos como el LHC. ¡Y el universo existe todavía!

El 20 junio de 2008 el LHC Safety Assessment Group (LSAG), el grupo de científicos que se ocupa de evaluar los riesgos de las actividades del LHC, publicó una relación sobre la seguridad del LHC.  Sus conclusiones indican que “las colisiones producidas en el LHC no presentan ningún riesgo y no hay ningún motivo de preocupación” (http://public.web.cern.ch/public/en/LHC/Safety-en.html).

Esta relación del LSAG ha sido revisada por el CERN’s Scientific Policy Committee, un grupo de científicos externos al CERN, confirmando las conclusiones del LSAG (http://indico.cern.ch/getFile.py/access?contribId=20&resId=0&materialId=0&confId=35065). Finalmente podemos concluir que el LHC no representa ninguna amenaza para la sociedad. No estamos seguros de que el LHC y la continuidad de sus actividades no estén amenazados por la sociedad.