gaură neagră Micro

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

Gauri negre Micro, de asemenea , numite gauri negre microscopice sau gauri negre mecanice cuantice, sunt ipotetice găuri negre pentru care efectele mecanicii cuantice joacă un rol important. [1]

Concepte generale

O gaură neagră poate avea orice masă egală sau mai mare decât masa lui Planck . În 1974 Stephen Hawking a propus ca, fiind din cauza cuantice efecte, aceste găuri negre ar putea evapora printr - un proces care este acum numit radiații Hawking în care sunt emise particule elementare (fotoni, electroni, cuarci, gluoni, etc.). [2] Calculele sale arată că mai mică dimensiunea găurii negre, cu atât mai rapid rata de evaporare devine, rezultând într - o emisie instantanee de particule atunci când gaura neagră micro brusc explodează. Este posibil ca o astfel cuantice găuri negre primordiale formate în mediul de înaltă densitate a universului nou format ( big bang ), sau eventual prin tranziții de fază succesive.

Primordiale găuri negre cu o masă inițială de aproximativ 10 la 15 de grame ar fi finalizat evaporarea lor până acum; cele mai ușoare găurile negre primordiale ar fi deja evaporat. [1] În condiții optimiste, The Gamma-ray Fermi telescopul spatial, lansat în iunie 2008, ar putea detecta dovezi experimentale de evaporare a găurilor negre din apropiere prin observarea gamma-ray exploziile . [3] [4] [5] O coliziune între o gaură neagră microscopică și un obiect , cum ar fi o stea sau planetă este puțin probabil să fie detectat. Acest lucru se datorează faptului că raza mică și densitatea mare a găurii negre ar permite trecerea acesteia neafectată prin orice obiect format din atomi normale, reușind să interacționeze doar cu foarte puține dintre acestea. Cu toate acestea, s - a speculat că o mică gaură neagră de suficientă masă care trece prin Pământ ar trebui să producă un detectabil acustic undelor seismice . [6] [7] [8] [9]

În gravitația tridimensională clasică, tehnologiile disponibile nu ajung la minim Planck masa necesară pentru a produce o gaură neagră. Cu toate acestea, unele simulări care includ dimensiuni suplimentare ale spațiului , în anumite configurații speciale , cum ar fi dimensiunile-extra larg, în unele cazuri speciale ale modelului Randall-Sundrum și în teoria corzilor configurații , cum ar fi soluțiile GKP, masa Planck poate fi ca această mică pentru a fie măsurabile pe TeV scală. În aceste condiții, a fost speculat în 2001 , că producția de micro - găuri negre ar putea fi un efect realizabil prin intermediul Large Hadron Collider (LHC) [10] [11] [12] [13] sau viitoare mai mari acceleratoare de energie.

Hawking și calcule cuantice prezice că aceste găuri negre dezintegrează aproape instantaneu într - un jet de particule care ar putea servi ca un detector pentru aceste structuri. [10] [11]

Dimensiunea minimă a unei găuri negre

O gaură neagră poate avea , teoretic , orice masă egală sau mai mare decât masa lui Planck . Pentru a forma o gaură neagră, o masă suficientă sau energie trebuie să fie concentrate pentru a determina viteza de evacuare din regiunea în care este concentrată pentru a depăși viteza luminii. Această condiție dă raza Schwarzschild , (unde G este constanta gravitațională a lui Newton și c este viteza luminii), o gaură neagră a masei M. Pe de altă parte,lungimea deundă Compton , , Unde h este constanta lui Planck , reprezintă o limită privind dimensiunea minimă a regiunii în care poate fi amplasat un M în masă în repaus. Pentru o suficient de mică M, Compton lungime de undă mai mare decât raza Schwarzschild, și nici o gaură neagră poate exista. Cea mai mică masă pentru o gaură neagră este , prin urmare , aproximativ masa Planck, care este de aproximativ 2 x 10 -8 kg sau 1,2 x 10 19 GeV / c ².

Orice gaură neagră primordială în masă suficient de scăzută se va evapora , deoarece se apropie de masa lui Planck în durata de viață a universului. În acest proces, aceste mici gauri negre radia materie. O reprezentare a acestei este dată de o pereche de particule virtuale emergente din vidul apropiat orizontul evenimentului ; una dintre cele două particule este capturat, în timp ce celelalte evadări lângă gaura neagră. Rezultatul net este că gaura neagră pierde în masă ( din cauza conservarea energiei ).

În conformitate cu formulele termodinamica găurilor negre , cu atât mai mult gaura neagră pierde în masă, mai cald devine și mai repede se evaporă, până când se apropie de masa Planck. În această etapă, o gaură neagră ar avea o temperatură Hawking T P / 8π (5,6 x 10 32 K), ceea ce implică faptul că o particulă Hawking emisă ar avea o energie comparabilă cu masa găurii negre. În acest moment, descrierea termodinamic își pierde sensul. O astfel de mini - gaură neagră ar avea , de asemenea , o entropie de numai 4 π nat , aproximativ cea mai mică valoare posibilă.

În acest moment, prin urmare, obiectul nu mai este descris ca o gaură neagră clasic, iar calculele lui Hawking de asemenea colaps. Conjecturile pentru soarta finală a găurii negre includ evaporarea totală și producerea unei rămășițe de gaură neagră de dimensiunea masei lui Planck. Dacă intuițiile cu privire la găurile negre cuantice sunt corecte, aproape de masa lui Planck, se așteaptă ca numărul stărilor cuantice posibile pentru gaura neagră să devină atât de puține și atât de cuantificate încât este posibil ca interacțiunile sale să se fi stins.

Este posibil ca găurile negre astfel planckian-masă nu mai sunt capabile să absoarbă energia gravitational, ca o gaură neagră clasic, din cauza lacunelor cuantificați între nivelurile lor de energie permise, și nici să emită Hawking particule din același motiv. Ele pot fi stabile obiecte. Ar fi , de fapt , așa-numitele WIMP ( care interacționează slab particule masive); acest lucru ar putea explica materie întunecată [14]

Crearea de micro - găuri negre

Producerea unei găuri negre necesită concentrare de masă sau energie în interiorul corespunzător raza Schwarzschild . În cunoscut gravitatea tridimensională, minimul acestei energii este de 10 19 GeV , care ar trebui să se condensează într - o regiune de aproximativ 10 -33 cm, cu mult dincolo de limitele oricărei tehnologii actuale; Large Hadron Collider (LHC) a fost proiectat pentru o energie de 14 TeV . Acest lucru depășește, de asemenea, gama de coliziuni de raze cosmice cunoscute cu atmosfera Pământului, ajungând la energiile centrului de masă într-un câmp de sute de TeV .

Se estimează [ Fără sursă ] care să se ciocnesc două particule în interiorul distanței de lungime Planck cu forțele de câmp magnetic fezabile în prezent ar necesita un accelerator inel la aproximativ 1000 de ani lumină în diametru pentru a reține particulele pe traseu.

Unele extensii ale fizicii actuale presupun existența unor dimensiuni suplimentare ale spațiului. În spațiu-timp dimensional mai mare, forța gravitațională crește foarte rapid cu scăderea distanță de la spațiul tridimensional. Cu anumite configurații speciale ale dimensiunilor suplimentare, acest efect poate reduce scara Planck la cea de energie necesară pentru a crea o gaură neagră micro.

Stabile micro gauri negre

Cu toate că radiația Hawking este uneori pusă la îndoială, [15] Leonard Susskind rezumă punctul de vedere al unui expert în cartea sa recentă: [16] În fiecare acum și apoi un nou articol apare fizica , care susține că găurile negre nu se evaporă. Aceste eseuri dispar rapid în grămada de gunoi inepuizabilă de idei marginale.

Alte controverse de securitate, pe lângă cele bazate pe radiația Hawking, au fost exprimate într - un eseu [17] ( a se vedea , de asemenea , [18] ), în care simulări ipotetice ale găurilor negre stabile care ar putea deteriora Pământul au fost prezentate; în conformitate cu aceste scenarii, astfel de găuri negre ar putea fi produs de razele cosmice și, prin urmare, acestea ar fi distrus deja corpuri cerești, cum ar fi Pământul, Soarele, stelele neutronice sau pitice albe.

Notă

  1. ^ A b(EN) BJ Carr și SB Giddings, "gauri negre Quantum," Scientific American 292N5 (2005) 30.
  2. ^(EN) SW Hawking, Crearea de particule de gauri negre, Commun. Matematica. Phys., Vol. 43, Num. 3, (1975), p. 199-220. [1] Data arhivării 12 decembrie 2012 în Archive.is ..
  3. ^ A. Barrau, gauri negre Primordiale ca o sursă de raze cosmice extrem de mare de energie , în Astroparticulelor Physics, vol. 12, nr. 4, 2000, pp. 269-275, bibcode : 2000APh .... 12..269B , DOI : 10.1016 / S0927-6505 (99) 00103-6 , arXiv : astro-ph / 9907347 .
  4. ^ M. McKee, prin satelit ar putea deschide ușa la dimensiune în plus , în New Scientist, 30 mai 2006.
  5. ^(EN) Fermi Gamma Ray Space Telescope: "Mini" gaură neagră de detectare
  6. ^(EN) IB Khriplovich, AA Pomeransky, N. Produit și G. Yu. Ruban, poate detecta un pasaj de mică gaură neagră prin Pământ? , Physical Review D, volumul 77, numărul 6, preprint
  7. ^(EN) IB Khriplovich, AA Pomeransky, N. Produit și G. Yu. Ruban, Pasajul de găuri negre mici prin Pământ. Este detectabil? , preprint
  8. ^(RO) Fraser Cain, găuri negre microscopica zbârnâitor interiorul Pământului? , Universul Astăzi , 20 iunie 2007. [2]
  9. ^(EN) Raza Schwarzschild a unei găuri negre de 10 grame este de 15 ~ 148 fm (148 x 10 -15 m), care este mult mai mică decât un atom, dar mai mare decât un nucleu atomic.
  10. ^ A b(EN) SB Giddings și SD Thomas, "acceleratoare de înaltă energie ca fabrici gaură neagră: Sfârșitul fizica pe distanțe scurte," arXiv: hep-ph / 0106219 , Phys. Rev. D65: 056010 (2002) .
  11. ^ A b(EN) S. Dimopoulos și GL Landsberg "găuri negre la LHC", arXiv: hep-ph / 0106295 , Phys. Rev. Lett 87:. 161602 (2001)
  12. ^ (EN) Curierat CERN - Cazul de găuri negre mini. noiembrie 2004 , Pe cerncourier.com.
  13. ^(EN), Institutul American de Fizică Buletinul de știri Fizică Număr 558, 26 septembrie 2001 de Phillip F. Schewe, Ben Stein, și James Riordon
  14. ^ Planckian Interactiunea Particulele masive ca Dark Matter (PDF), pe arxiv.org.
  15. ^ AD Helfer, "Do gauri negre radia?" arXiv: gr-qc / 0304042
  16. ^ L. Susskind, The Black Hole război: lupta mea cu Stephen Hawking pentru a face în condiții de siguranță mondială pentru mecanicii cuantice (Little, Brown, 2008)
  17. ^(EN) SB Giddings și Mangano ML, implicațiile Astrophysical găurilor negre stabile ipotetic TeV scară, arXiv: 0806.3381 , Phys. Apoc D78: 035009, 2008
  18. ^(EN) ME Peskin, Sfârșitul lumii de la Large Hadron Collider? Fizică 1, 14 (2008)

Bibliografie

Elemente conexe

linkuri externe

Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Micro_buco_nero&oldid=121097769 “