La primera búsqueda de agujeros negros en el LHC del CERN no encuentra ninguno

El experimento CMS (Compact Muon Solenoid) del LHC (Large Hadron Collider) en el CERN ha buscado microagujeros negros en las colisiones protón-protón a 7 TeV c.m. desde marzo a octubre, 35/pb de datos, y no ha encontrado ninguno. CMS descarta la producción de microagujeros negros con una masa menor de 3’5 TeV (la energía de cada haz de protones en el LHC). El artículo técnico ha aparecido hoy en la página web de CMS, ha sido enviado a la revista Physics Letters B y aparecerá esta noche a ArXiv: The CMS Collaboration, «Search for Microscopic Black Hole Signatures at the Large,» CERN-PH-EP/2010-073, 2010/12/15. Nos lo ha contado Geoff Brumfiel, «No black holes, but extra time at LHC,» News, Nature 468: 876, 14 December 2010. Ver también «Brumfiel in Nature, “No black holes at LHC”Francis’ world inside out, 15 Dec. 2010.

El mundo no se ha acabado. No se han producido agujeros negros «fatales» en el LHC este año. Sin embargo, podrían haberse producido agujeros negros microscópicos que se hubieran evaporado por radiación de Hawking. La colaboración CMS ha realizado la primera búsqueda de la historia de agujeros negros en las colisiones de partículas elementales en un gran acelerador. La búsqueda ha sido infructuosa, pero permite limitar la masa de los posibles agujeros negros en el rango 3’5–4’5 TeV, dependiendo del modelo teórico utilizado para las dimensiones extra del espaciotiempo.

La producción de microagujeros negros en las colisiones de partículas a alta energía es una de las predicciones de las teorías de cuerdas y de las teorías que proponen dimensiones extra del espaciotiempo. Si las dimensiones extra son muy grandes (submilimétricas), la teoría de Arkani-Hamed, Dimopoulos y Dvali (llamada teoría ADD), predice la producción de estos agujeros negros a la energía de la escala de Planck efectiva que depende del tamaño de dichas dimensiones extra. Si dicha energía fuera de 1 TeV, la teoría predice una sección eficaz de producción de estos microagujeros negros de 100 pb, lo que indica que, de existir, se habrían observado en las colisiones de los experimentos CMS y ATLAS durante 2010.

La señal que se observaría cuando un microagujero negro se evapora por radiación de Hawking es muy distintiva y fácil de encontrar en las colisiones. Más del 75% de las partículas producidas serían quarks y gluones, que producirían chorros de partículas con un momento transversal y una energía desequilibrados (porque parte de esta energía se difundiría por las dimensiones extra). El resto, menos del 25%, serían leptones, bosones W y Z, fotones y quizás bosones de Higgs. La señal sería espectacular y por ello muy fácil de observar: múltiples chorros de partículas hadronizadas con energías del orden de cientos de GeV.

La búsqueda realizada por CMS en las colisiones a 7 TeV c.m. en el LHC durante los meses de marzo a octubre de 2010, aproximadamente un total de 34’7± 3’8 /pb de colisiones no ha encontrado ningún agujero negro. Se infiere que el límite inferior a la posible masa de estos agujeros negros con un intervalo de confianza del 95% CL está en el rango de 3’5 a 4’5 TeV para valores de la energía de la escala de Planck efectiva hasta de 3’5 TeV (la energía de cada haz de protones).



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Por Francisco R. Villatoro
Publicado el ⌚ 15 diciembre, 2010
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