Svarthålsmassa måste kvantiseras, säger fysiker

Efter att i många år ha fokuserat på de jättelika svarta hålen som bildas när stjärnor kollapsar och de supermassiva svarta hålen i galaxernas centrum, har fysiker på senare tid börjat studera mikroskopiska svarta hål, med små massor.

En anledning att tänka på dessa föremål är att de kan ha bildats under Big Bang och kan fortfarande genomsyra universum idag. Förekomsten av så kallade ursprungliga svarta hål är en möjlig förklaring till universums saknade massa.

En annan anledning till att fysiker är intresserade av mikrosvarta hål är att vissa teoretiker förutspår att Large Hadron Collider kommer att producera dem.

Så arbetet av Gia Dvali och kompisar vid Ludwig-Maximilians-Universitatet i München, Tyskland, kommer att vara av stort intresse. Dessa killar säger att om svarta hål bildas på den här lilla kvantskalan, så måste deras massor kvantiseras.

Deras resonemang är enkelt. Om svart håls massa inte kvantiseras, kan massan ta i princip vilket värde som helst. Och om så vore fallet skulle produktionshastigheten för mikrosvarta hål vara oändlig: de skulle kunna bildas i vilken kollision som helst, vid vilken energi som helst.

Eftersom det helt klart inte är fallet måste massorna av mikrosvarta hål kvantiseras.

Det väcker omedelbart ett antal viktiga frågor, inte minst vad som styr kvantiseringen av svarta hål. Dvali och co hävdar rimligen att svarta hål måste kvantiseras i enheter av den grundläggande Plancklängden. Men exakt hur detta skulle påverka hur de kommer in och ut ur existensen är inte klart.

Dvali och co föreslår att mikrosvarta hål först skulle dyka upp i sitt lägsta kvanttillstånd vid LHC i form av någon form av kvantresonans, det som partikelfysiker kallar en puckel i sina data. Detta skulle till en början vara svårt att skilja från en vanlig partikel, men experiment med högre energi borde också avslöja svarta hål i högre tillstånd.

För tillfället finns det inget sätt att räkna ut exakt vilken energi vi bör förvänta oss för att se dem. För att avslöja den exakta formen av kvantiseringsregeln för lägsta svarta hålsresonanser behöver vi mer experimentell input, säger Dvali och co. Ganska!

Naturligtvis väcker frågan om denna typ av produktion av svarta hål vid LHC återigen den svåra frågan om huruvida säkerhetsgarantierna vi har fått om dessa experiment är giltiga.

Vi har tittat på argumenten tidigare. En viktig fråga är om den senaste teoretiska fysiken klarar uppgiften att göra en trovärdig förutsägelse om att LHC är säker.

Dagens tidning klargör att vår förståelse av mikrosvarta håls fysik snabbt förändras. Så det skulle vara helt rimligt att fråga på vilken grund fysiker kan göra säkerhetsgarantier.

(Låt oss lägga undan för ett ögonblick frågan om huruvida partikelfysiker är i någon position att göra säkerhetsbedömningar i första hand, med tanke på att de har mest att vinna på att genomföra dessa experiment.)

Detta är en debatt som partikelfysiker konstigt nog är ovilliga att engagera sig i, efter att ha ignorerat de flesta frågetecknen över säkerhet.

Så det här är ett bra tillfälle att ta upp frågan igen. Luta dig tillbaka och njut av fyrverkerierna (eller pussla över den öronbedövande tystnaden)!

Ref: arxiv.org/abs/1106.5894 : Svarta håls massor kvantiseras

Dölj