‘Zwarte gaten hebben grootte in vaste stappen’

Uit een theoretische analyse blijkt, dat zwarte gaten een doorsnede hebben die uit veelvouden van de Plancklengte bestaat. Hier kunnen we sporen van zien in de LHC-botsingen. En over de LHC gesproken: is die wel veilig, of moeten we ons zorgen maken?

Massa zwarte gaten evenredig aan doorsnede
Zwarte gaten, restanten van ineengestorte sterren waar zelfs licht niet aan kan ontsnappen, hebben een merkwaardige eigenschap. Hun doorsnede is recht evenredig met hun massa. Een zwart gat van één zonsmassa heeft bijvoorbeeld een doorsnede van drie kilometer, van twee zonsmassa’s van zes kilometer enzovoort. Dus stop je twee keer zo veel massa in een zwart gat, dan wordt het volume acht keer zo groot. Zwarte gaten kunnen ook zeer klein zijn.

Zwarte gaten hebben discrete massa

Georgi Dvali  en zijn collega’s van de Ludwig-Maximilians-Universität in het Duitse München hebben nu nog een eigenschap ontdekt. Volgens deze mensen moeten zwarte gaten die zich op kwantumschaal vormen, ook gekwantificeerde massa’s hebben. Met andere woorden: een zwart gat kan alleen een veelvoud van een bepaalde elementaire massa bevatten. Hun redenering is opmerkelijk simpel. Als de massa van een zwart gat niet gekwantificeerd is, kan de massa werkelijk elke waarde aannemen. Als dat het geval zou zijn, zou de productiesnelheid van micro-zwarte gaten oneindig zijn. Ze kunnen zich bij elke botsing en bij elke energie vormen. Omdat dat duidelijk niet het geval is, moeten zwarte gaten gekwantificeerd zijn. Dvali en zijn mede-auteurs denken dat dit veelvouden van de Plancklengte moeten zijn. het is alleen niet duidelijk hoe dit zwarte gaten beïnvloedt die in en uit het bestaan springen.

LHC als bron voor zwarte gaten
Dvali en consorten denken dat micro-zwarte gaten het eerste op zullen duiken in hun laagste kwantumstaat (dus elementaire massa) in de enorme deeltjesversneller LHC in de vorm van een zogeheten kwantumresonantie, wat deeltjesfysici een bobbel in hun data noemen. Dit zou oorspronkelijk moeilijk te onderscheiden zijn van een ‘gewoon’ deeltje, maar hogere-energie experimenten moeten ook zwarte gaten in hogere energietoestanden (m.a.w. met meer massa) opleveren. Op dit moment is er nog geen manier om uit te werken bij welke energie we ze precies zullen waarnemen, aldus de auteurs. Ook blijkt de Plancklengte helemaal niet zo fundamenteel als hiervoor gedacht. Zolang nog niemand een zwart gat met eigen ogen waar heeft genomen, zullen de speculaties nog wel even blijven.

Is het LHC veilig?
Sommigen speculeren dat het LHC wel eens niet veilig zou kunnen zijn. Weliswaar voorspelde Hawking dat zwarte gaten uiteenvallen door het uitzenden van straling omdat ze een temperatuur hebben, maar experimenteel bewijs hiervoor ontbreekt vooralsnog. Sterker nog: we nemen raadselachtige kosmische straling waar die meer dan een miljoen maal zo krachtig is als zelfs de LHC kan produceren. Als iets een zwart gat is, dan zou dat het wel moeten zijn. Was er inderdaad wat gebeurd, dan hadden we dat ook snel gemerkt. Bijvoorbeeld omdat we op een dag wakker worden terwijl de aarde om ons heen verdwenen is…

Bronnen
1. Gia Dvali, Cesar Gomez, Slava Mukhanov, Black Hole Masses are Quantized, ArXiv, 2011
2. Black Hole Mass Must Be Quantized, Say Physicists, MIT Technology Review Arxiv Blog, 2011