É possível recriar um buraco negro em laboratório? A resposta é sim

Óscar del Barco Novillo - The Conversation - 14/02/2024

Recriação artística de um buraco negro supermaciço: o Grande Colisor de Hádrons (LHC), o maior e mais potente acelerador de partículas do mundo, teoricamente pode gerar microburacos negros que ajudariam a responder muitos mistérios da física.
[Imagem: NASA/JPL-Caltech]

Óscar del Barco Novillo, autor deste artigo, é professor da Universidade de Múrcia (Espanha).

Buracos negros em laboratório

A criação de um microburaco negro de origem não cosmológica (ou seja, artificialmente) seria um marco na história da ciência. Isso responderia a questões fundamentais sobre a mecânica quântica e a natureza inexplicável da gravidade.

Além disso, "fabricar" um buraco negro seria um endosso das teorias multidimensionais, uma prova empírica de que há mais dimensões do que percebemos. E não, eles não destruiriam o mundo. Vale a pena tentar.

Pode parecer que esse sonho já foi alcançado. Ultimamente, notícias do desenvolvimento de buracos negros sintéticos, ou mesmo simulações da emissão de Hawking de um buraco negro chegaram à mídia. Essas são abordagens científicas interessantes, mas são simulações.

Essas "simulações de buracos negros em um laboratório" geralmente consistem em recriar com sistemas físicos conhecidos (como uma câmara de glicerina para a qual são passadas ondas sonoras) alguma característica de um buraco negro. Por exemplo, como a luz é curvada em sua propagação, ou a que temperatura ela estaria. Em outras palavras, eles simulam uma qualidade específica do buraco negro (o que é muito útil em termos experimentais), mas não são buracos negros propriamente ditos.

Então, como poderíamos realizar tal façanha?

Simulação da criação de um microburaco negro no LHC.
[Imagem: Cern]

Buracos negros no LHC

O Grande Colisor de Hádrons (LHC, na sigla em inglês), do Centro Europeu de Pesquisas Nucleares (Cern) é o maior e mais potente acelerador de partículas existente. O Cern também realiza simulações de buracos negros, mas com base em colisões entre partículas subatômicas que poderiam gerar um microburaco negro "real".

A entrada em operação do LHC, na primeira década deste século, foi cercada de alguma controvérsia com base em uma suposta falta de segurança dos testes a serem realizados. Houve até a possibilidade de interromper o início dos experimentos por meio de petições nos tribunais dos EUA e da Europa.

Os principais detratores argumentavam que o LHC tinha potencial suficiente para criar microburacos negros de baixa velocidade que poderiam crescer às custas da massa do nosso planeta: foi anunciado um cenário aterrorizante que resultaria na destruição da Terra.

Deixando de lado as previsões apocalípticas, seria possível criar um micro buraco negro no Cern? E, em caso afirmativo, isso seria perigoso para a Humanidade?

Ilustração da partícula cósmica Amaterasu, capturada por um detector de raios cósmicos. Essa partícula carregava uma energia um milhão de vezes maior do que a que pode ser gerada no LHC.
[Imagem: Universidade Metropolitana de Osaka/L-INSIGHT - Universidade de Kyoto/Ryuunosuke Takeshige]

Buracos negros menores que átomos

Teoricamente seria possível, embora essa possibilidade seja muito remota. Seriam buracos negros muito pequenos (microburacos negros), menores do que o tamanho de um átomo de hidrogênio (em oposição aos supermaciços com milhões de massas solares).

Há fortes evidências experimentais da existência de buracos negros supermaciços, mas os minúsculos ainda não foram encontrados. Se eles existissem no Cosmo, teriam sido criados durante os primeiros momentos do Universo devido ao colapso gravitacional de regiões extremamente quentes. Eles seriam buracos negros primordiais.

Quando falamos de microburacos negros, entramos em um território em que a física quântica é crucial. A caracterização diz que eles estão em temperaturas muito altas e que emitem radiação (a chamada radiação Hawking). Quanto menores eles se tornam, mais quentes ficam, até que acabam se evaporando completamente.

O Universo inteiro vai evaporar, e não apenas os buracos negros.
[Imagem: ParallelVision/Pixabay]

O possível microburaco negro no CERN

O LHC não gerará buracos negros no sentido cosmológico (um objeto astronômico com uma atração gravitacional tão intensa que nem mesmo a luz consegue escapar dele). Entretanto, algumas teorias sugerem que a formação de pequenos buracos negros quânticos, gerados a partir da colisão de partículas altamente energéticas, pode ser possível. E o que de fato ocorre no Cern são várias simulações computacionais desses buracos negros.

Hipoteticamente, os microburacos negros criados no Cern teriam massas de cerca de 0,00001 grama e tamanhos trilhões de vezes menores que um próton. Por fim, eles se desintegrariam de maneira praticamente instantânea.

A observação experimental de tal evento seria empolgante em termos de nossa compreensão do Universo, e seria perfeitamente segura.

Um experimento já criou o disco de acreção de um buraco negro em laboratório.
[Imagem: V. Valenzuela-Villaseca et al. - 10.1103/PhysRevLett.130.195101]

Inócuos e inocentes (caso venham a ocorrer)

Em 2015, a diretora geral do Cern, Fabiola Gianotti, explicou em relação à possibilidade de criação de microburacos negros no LHC que nenhum acelerador de partículas na Terra pode se igualar à energia, à intensidade e aos processos catastróficos associados aos buracos negros no espaço. Entretanto, Gianotti já previa que poderiam surgir buracos negros quânticos, microburacos negros "inofensivos e inocentes".

Se esses minúsculos buracos negros aparecerem, também de acordo com Fabiola Gianotti, "seria muito importante do ponto de vista científico, porque eles indicariam que nosso mundo tem mais dimensões espaciais do que as três que conhecemos".

Buraco negro de laser promete comunicações entre espaços-tempos.
[Imagem: Haruna Katayama et al. - 10.1038/s41598-021-98456-0]

Sem crescimento e vida curta

A colisão de partículas altamente energéticas é uma ocorrência comum na natureza sem destruir o planeta. Se as colisões criadas no LHC (por exemplo, entre pares de prótons altamente energéticos) produzissem microburacos negros, eles dificilmente interagiriam com outras partículas e não aumentariam de massa.

Além disso, sua meia-vida seria muito curta, o que faria com que o microburaco negro evaporasse, em vez de crescer: ele se desintegraria rapidamente (de forma não violenta), criando uma série de marcadores nos detectores do Cern que poderiam identificá-los facilmente.

Existem várias receitas para criar buracos negros em laboratório, incluindo um chip que o simula espaço-tempo curvo.
[Imagem: Kollár et al. - 10.1038/s41586-019-1348-3]

A possibilidade de mais dimensões

A criação de um microburaco negro no LHC confirmaria a existência de múltiplas dimensões, conforme proposto pela Teoria das Cordas. Em outras palavras, seria a prova de que nosso Universo não tem só quatro dimensões (três espaciais, mais uma dimensão temporal), mas abriga dimensões adicionais.

Além disso, os microburacos negros poderiam ser o elo perdido entre a Teoria da Relatividade Geral de Einstein e a Mecânica Quântica, as duas grandes teorias físicas do século XX que ainda não foram unificadas.

Se em algum momento formos capazes de gerar um microburaco negro, o mundo não será destruído, mas teremos que nos sentar e respirar fundo.

Este artigo foi republicado da revista The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.

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