Los agujeros negros no son verdaderamente negros. Según la física teórica, emiten una tenue y fantasmal niebla de partículas conocida como radiación de Hawking. Este fenómeno es fundamental para algunos de los enigmas más profundos de la ciencia moderna, pero sigue siendo imposible de observar directamente porque la señal es demasiado débil para que la detecten los instrumentos actuales.
Sin embargo, un gran avance en la física matemática podría finalmente permitir a los científicos estudiar indirectamente estas elusivas emisiones. Aprovechando un concepto conocido como “doble copia”, los físicos han encontrado una manera de traducir las complejas matemáticas de los agujeros negros al lenguaje más manejable de la física de partículas.
La doble copia: la piedra Rosetta de la física
Para comprender este avance, primero hay que observar los dos pilares de la física moderna, que históricamente han operado en dominios separados:
- El modelo estándar: Describe el comportamiento de las partículas y fuerzas subatómicas (excluyendo la gravedad).
- Relatividad General: Describe la gravedad y la estructura a gran escala del universo.
Durante décadas, estas teorías se han resistido a la unificación. Pero en 2010, los físicos descubrieron un sorprendente vínculo matemático entre ellos llamado doble copia. Esencialmente, muchos fenómenos gravitacionales se pueden calcular tomando ecuaciones de la física de partículas y “elevándolas al cuadrado”, combinando matemáticamente dos copias de las ecuaciones de partículas para producir un resultado gravitacional.
“Nos permite calcular cosas que nunca antes habíamos podido calcular, simplemente reciclando los resultados de una manera inteligente”, dice Chris White, físico teórico de la Universidad Queen Mary de Londres.
Esta técnica ya ha demostrado ser útil para calcular ondas gravitacionales y otros efectos. Sin embargo, hasta ahora no se había aplicado con éxito a la radiación de Hawking.
Traduciendo la radiación de Hawking
En un estudio reciente aceptado por el Journal of High Energy Physics, White y sus colegas tradujeron con éxito la radiación de Hawking al lenguaje del Modelo Estándar.
El resultado fue inesperado pero elegante. En el ámbito de la física de partículas, el equivalente matemático de un agujero negro que emite radiación de Hawking es una partícula cargada que se dispersa desde una capa esférica de materia cargada que colapsa.
Este hallazgo fue confirmado de forma independiente por otros dos equipos, cuyos resultados se publicaron en Physical Review Letters. Estos descubrimientos paralelos sugieren que la física que gobierna los agujeros negros está profundamente arraigada en el modelo estándar de física de partículas.
Por qué esto es importante:
* Escalas puente: La radiación de Hawking conecta lo macroscópico (enormes agujeros negros) con lo microscópico (pequeñas partículas cuánticas). La doble copia demuestra que este puente es matemáticamente sólido.
* Nuevo poder de cálculo: Como señala Cynthia Keeler de la Universidad Estatal de Arizona, encontrar este análogo “constituye un avance importante” porque abre la puerta al cálculo de comportamientos de los agujeros negros que antes eran intratables.
Resolviendo la paradoja de la información
El objetivo final de esta investigación no es sólo la elegancia matemática, sino también resolver uno de los mayores misterios de la física: la paradoja de la información del agujero negro.
Cuando Stephen Hawking propuso su teoría de la radiación en 1974, sin darse cuenta creó un problema. Si los agujeros negros emiten radiación y eventualmente se evaporan, ¿qué sucede con la información sobre la materia que tragaron? La mecánica cuántica dicta que la información no se puede destruir, sin embargo, la relatividad general sugiere que desaparece cuando el agujero negro desaparece.
Al traducir la radiación de Hawking al lenguaje de la física de partículas, los científicos esperan poder rastrear esta información con mayor claridad. Anton Ilderton de la Universidad de Edimburgo, coautor de uno de los estudios, explica que estos artículos muestran “cómo extraer esa información del modelo estándar”.
¿Qué viene después?
Si bien la traducción de la radiación de Hawking es un paso importante, los físicos ya están estudiando problemas aún más difíciles. El siguiente objetivo importante es el horizonte de sucesos : el límite más allá del cual nada, ni siquiera la luz, puede escapar.
Uri Kol, de la Universidad de Harvard, destaca el potencial de este nuevo conjunto de herramientas: “Estos artículos proporcionan herramientas que pueden utilizarse para abordar esta cuestión”. Si continúan mapeando los fenómenos gravitacionales en la física de partículas, los investigadores pronto podrán desentrañar los secretos ocultos detrás del horizonte de sucesos.
Conclusión
El descubrimiento de un análogo matemático de la radiación de Hawking marca un momento crucial en la física teórica. Al utilizar la “doble copia” para traducir el comportamiento de los agujeros negros al lenguaje de la física de partículas, los científicos han obtenido una nueva y poderosa herramienta para explorar los ambientes más extremos del universo. Este enfoque no sólo simplifica los cálculos complejos sino que también ofrece un camino prometedor hacia la resolución del conflicto de larga data entre la gravedad y la mecánica cuántica.
