Trei cercetători de la Institutul de Științe Spațiale (ISS) de pe Platfoma de Fizică din Măgurele propun o amprentă unică pentru identificarea dezintegrării găurilor negre microscopice — găuri negre cuantice de dimensiuni foarte mici a căror existență este deocamdată ipotetică. Identificarea semnăturii propuse de ei prin observații ar confirma teoria corzilor (string theory) și ar schimba fizica așa cum o știm astăzi. Contribuțiile cercetătorilor români au fost publicate în Journal of High Energy Physics, în Astroparticle Physics, iar un al treilea articol este în curs de publicare într-o publicație de renume internațional.
Teoriile fizicii actuale spun că masa minimă pe care o poate avea o gaură neagră este de aproximativ 22 micrograme, cunoscută sub numele de masa Planck. Doar în modelele cu extradimensiuni din teoria corzilor [1] însă, valoarea masei Planck poate fi de 1016 ori mai mică. În aceste conditii, ca urmare a interacțiunii dintre razele cosmice de energii ultaînalte [2] și nuclee din atmosfera Pământului, este posibil să se creeze așa numitele găuri negre microscopice, a căror existență nu este încă dovedită.
Cercetătorii Institutului de Științe Spațiale (ISS), Dr. Octavian Micu, Drd. Laurențiu Caramete și Drd. Nicușor Arsene propun în articolele publicate o modalitate unică pentru confirmarea dezintegrării și deci a existenței găurilor negre cuantice. Atunci când razele cosmice de energii ultra-înalte interacționează cu nuclee din atmosfera Pământului s-ar forma găuri negre microscopice, care se dezintegrează instantaneu. Cascadele de particule secundare rezultate în urma dezintegrării lasă, în opinia cercetătorilor ISS, o amprentă unică. Un proces similar are loc și în cazul neutrinilor [3] la interacțiunea cu nuclee din apă sau gheată. Pentru ambele scenarii, există deja colaborări internaționale care studiază aceste interacțiuni și care ar putea observa semnătura propusă de cercetătorii români.
Observatorul Pierre Auger, colaborare în cadrul căreia ISS a devenit partener oficial în decembrie 2012, este cel mai mare experiment din lume care studiază razele cosmice, în timp ce observatoarele de neutrini, IceCube situat la Polul Sud și viitorul Km3NeT care va fi amplasat în Marea Mediterană sunt experimente care studiază neutrinii. Dacă prin observațiile pe care le efectuează, aceste colaborări identifică experimental semnăturile propuse de cercetătorii români, contribuția lor va confirma existența extradimensiunilor și validitatea teoriei corzilor, revoluționând fizica.
Dr. Octavian Micu și echipa sa de cercetare formată din Drd. Laurențiu Caramete și Drd. Nicușor Arsene fac parte din Laboratorul ISS de Cosmologie și Fizica Astroparticulelor, condus de Dr. Lucia Popa. Cercetarea lor este finanțată prin proiectul UEFISCDI, PN-II-RU-TE-2011-3-0184.
Institutul de Științe Spațiale (ISS) din Măgurele, România, dezvolta proiecte de cercetare științifică în domenii precum fizica astroparticulelor, fizica energiilor înalte, astrofizică și cosmologie, fizica plasmei spațiale, dar și activități de cercetare aplicată, proiectare și dezvoltare de tehnologii spațiale. ISS s-a implicat în colaborări și parteneriate de renume național și internațional (CERN-ALICE, FAIR, ANTARES, KM3NeT, Pierre Auger Observatory), în programul spațial ESA prin misiunile Euclid, Planck, Cluster și a contribuit la primul experiment românesc trimis pe Stația Spațială Internațională.
Informații suplimentare
[1] Teoria corzilor (string theory) este o teorie unificatoare care încearcă să explice toate particulele elementare și forțele fundamentale din univers, modelându-le ca și vibrații ale unor corzi microscopice.
[2] Razele cosmice de energii ultra înalte sunt particule cu energii foarte mari, de câteva ordine de mărime mai mari decât energia particulelor produse de LHC, acceleratorul de particule de la Geneva. Oamenii de știință cred că razele cosmice ar proveni de la găuri negre active sau supernove. Studiul lor este important deoarece ele sunt mostre pe care le primim din afara sistemului nostru solar. Studiind compoziția lor chimică aflăm indicii despre însăși originea noastră, despre cum a evoluat sistemul nostru solar și despre dinamica galaxiei noastre.
[3] Neutrinii sunt particule elementare subatomice, neutre din punct de vedere electric și care interacționează prin intermediul forței slabe. Produși în unele dezintegrari radioactive sau reacții nucleare precum cele din Soare sau din reactoare nucleare, neutrinii pot provenii din surse îndepărtate: explozii de raze gamma, supernove sau coliziuni dintre stele.
Articole
- Journal of High Energy Physics 1211 (2012), pp. 104, “Quantum Black Holes from Cosmic Rays”, X. Calmet, L.I. Caramete, O. Micu.
- Astroparticle Physics, 54C (2014), pp. 132-138, “Back-to-back black holes decay signature at neutrino observatories”, N. Arsene, X. Calmet, L.I. Caramete, O. Micu.
- În curs de publicare, e-Print: arXiv:1310.2205 “Quantum Black Holes Effects on the Shape of Extensive Air Showers”, N. Arsene, L.I. Caramete, P.B. Denton, O. Micu.