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Gli ‘esclusivi’ ed ‘elusivi’ buchi neri del CERN

Tutti hanno sentito parlare, almeno una volta, di buchi neri, ma allo stesso tempo credo che non tutti sanno che sono in definitiva i buchi neri. I media, sia che si tratti della stampa o della TV, inclusi spesso anche i blog scientifici, rendono spettacolari le notizie che riguardano questi oggetti esotici, tralasciando di solito la parte che riguarda la Fisica.

La proprietà essenziale di un buco nero è la sua massa. In natura, abbiamo evidenze osservative, non dirette, in base alle quali sappiamo che i buchi neri possono avere masse che vanno da qualche decina a qualche centinaia, milioni o ancora alcuni miliardi di volte la massa del Sole. Di frequente si trovano nei sistemi stellari binari che emettono raggi-X, si parla di buchi neri di ‘taglia stellare’, oppure sono presenti nei nuclei delle galassie attive, in questo caso si parla di buchi neri di ‘taglia galattica’, noti anche come buchi neri supermassicci. Da sempre, essi incutono un timore reverenziale dato che essendo ‘oggetti super densi e collassati’ (in realtà si tratta di singolarità gravitazionale), l’ultimo stadio dell’evoluzione stellare, la loro gravità è così intensa che “piega” in maniera estrema lo spaziotempo attorno ad essi al punto tale che qualsiasi cosa superi l’orizzonte degli eventi, una sorta di “punto di non ritorno”, niente può tornare indietro, nemmeno la luce. Per questo, noi non siamo in grado di osservarli direttamente e quello che vediamo sono solamente gli effetti che la materia, sia che si tratti di gas, polvere o stelle, o la radiazione subiscono quando passano nelle loro vicinanze. C’è da dire, però, che esiste un aspetto positivo a favore dei buchi neri, perché grazie, in parte, ad essi l’Universo è in evoluzione, la materia viene di fatto plasmata e forgiata per formare nuova materia. Certamente è pericoloso vivere in prossimità di un buco nero ma per ora almeno noi possiamo stare tranquilli dato che il più vicino alla Terra si trova a soli 50 milioni di anni-luce, un pò lontano perchè la Terra possa subire in qualche modo i suoi effetti gravitazionali.

Un esempio di un evento registrato presso il rivelatore CMS dell’LHC, il cui numero di getti è previsto dal Modello Standard. Questi eventi stanno alla base della ricerca di buchi neri microscopici quando vengono fatti collidere fasci di protoni ad altissime energie. Risultato: non è stata trovata alcuna evidenza della loro produzione che è stata così esclusa da vari modelli considerando un intervallo di masse di 3,5-4,5 TeV (1 TeV = 1012 electronvolt).
Credit: CMS-LHC/CERN

Se dallo spazio siamo sicuri che non avremo alcuna minaccia da parte di questi “mostri del cielo”, tuttavia da quando recentemente i fisici del CERN hanno acceso l’LHC esiste una certa preoccupazione, che sottolineo non è giustificata, dato che gli esperimenti relativi alle collisioni di fasci di particelle ad altissima energia potrebbero dar luogo alla formazione di buchi neri: vero, ma si tratta di oggetti microscopici. Questa possibilità è stata diffusa dai media suscitando un certo panico e clamore in quanto la creazione di buchi neri, che ripeto sono microscopici, potrebbe avere implicazioni importanti sul destino del nostro pianeta, magari “inghiottendolo”: semplicemente assurdo! Ma allora come stanno le cose? La formazione di buchi neri microscopici è prevista da alcuni modelli che tentano di unificare la relatività generale con la meccanica quantistica, postulando l’esistenza di ulteriori dimensioni extra spaziali che sono, però, “compattificate” rispetto alle tre dimensioni spaziali del mondo a noi familiare. Ad energie così elevate, come quelle che si realizzano presso l’LHC, questi modelli suggeriscono che le particelle possono collidere in maniera molto ravvicinata al punto da “percepire” le dimensioni spaziali extra. In questi casi, le particelle possono interagire gravitazionalmente con una intensità simile a quella delle altre tre forze della natura, l’interazione elettromagnetica e le interazioni forte e debole. Le due particelle che collidono possono formare un buco nero microscopico. L’esistenza di questi mini buchi neri fornirebbero dunque una prova dell’esistenza di altre dimensioni spaziali. Se questo si dimostrerà vero, allora alcuni gravitoni, le particelle che trasmettono la forza di gravità, dovrebbero “scomparire” in queste dimensioni extra, spiegando così il motivo per cui la forza di gravità è molto più debole rispetto alle altre tre forze. Tuttavia, nessun esperimento realizzato finora con CMS ha permesso di rivelare questi eventi esotici e ciò esclude la formazione di buchi neri microscopici  nell’intervallo di energie 3,5-4,5 TeV così come è previsto da tutta una serie di modelli che postulano l’esistenza di ulteriori dimensioni spaziali. Se, invece, si dimostrasse il contrario, il buco nero microscopico dovrebbe evaporare istantaneamente lasciandosi dietro una sorta di “scia distintiva” di particelle subatomiche che sarebbero rivelate dal CMS. Questi risultati non implicano che tali dimensioni extra non esistono, piuttosto potrebbe essere necessario realizzare esperimenti ad energie ancora più alte perciò ne consegue che se queste esistono sono più difficili da rilevare rispetto a quanto si ipotizzava.

Per concludere, godiamoci questo interessante video che mi è stato concesso in esclusiva da Paola Catapano, Science Communicator del CERN, che ha realizzato una intervista al fisico teorico Alvaro De Rujula il quale spiega come mai i buchi neri “fabbricati” al CERN sono in definitiva così divertenti [link al video].

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