VERONA, 2/2/ 2012
Pieralberto Marchetti
Universita’ di Padova
Dipartimento G. Galilei di Fisica e Astronomia
Galilei a Padova, 1592-1610 - "Li diciotto anni
migliori di tutta la mia età".
Di cosa è fatta la materia?
Modello Standard: DOMANDE
“FONDAMENTALI” SULLA MATERIA
• Di che cosa e’ fatta la materia dell’Universo ?
• Scomponendola in parti sempre piu’ piccole, e’
possibile arrivare a “costituenti fondamentali”
della materia ( particelle di materia che non sono
divisibili e che non hanno struttura)?
• Quali sono le forze ( “interazioni”) che agiscono
sulla materia?
• Esiste una UNIFICAZIONE delle forze per cui la
varieta’ delle interazioni discende da un’unica
interazione fondamentale?
James Joyce
Murray Gell-Mann
Modello Standard:MATERIA & RADIAZIONE
Particelle elementari di 2 tipi
Particelle
della
Materia
Mediatori
delle
Interazioni
(radiazione)
?
COLLA NUCLEARE: QUARKS+GLUONI → ADRONI
Large Hadron Collider (LHC) [=Grande
acceleratore di adroni (protoni) ] al CERN
TeV =1012 eV = 103 GeV
The Large Hadron Collider (LHC)
The LHC tunnel – with bending magnets as far as the eye can see
CMS - Compact Muon
Spectrometer
Nearing completion underground
ATLAS – The Toroids
ATLAS – the 8 huge Toroidal magnets in place
PERCHE’ LHC?
•
•
•
•
Perche’ acceleratori a energie sempre maggiori ?
Cos’è il bosone di Higgs?
Quali altre nuove particelle si spera di trovare ?
Quali sono i problemi irrisolti nella fisica delle particelle
elementari ?
• La fisica delle particelle elementari e’ governata dalle
leggi della Relativita’ e della Meccanica Quantistica.
• Faremo quindi ora un cenno agli aspetti di queste teorie
rilevanti per la nostra discussione
“Crepe”nella Fisica classica: Relativita’
• Una conseguenza importante delle assunzioni
della fisica classica e’ la legge di addizione delle
velocita’: ad esempio se una palla si muove a una
velocita’ v rispetto al pavimento di un treno che
viaggia a velocita’ u, l’osservatore fermo sulla
banchina vede la palla muoversi a velocita’ u+v.
Analogamente se da un razzo che si muove con
velocita’ v viene emesso in avanti un raggio di
luce che ha velocita’ c=300000km/s , un
osservatore a terra vedra’ la luce viaggiare a
velocita’ c+v. Questa “ovvia” proprieta’ e’ errata
per la teoria della Relativita’ (Einstein , Poincare’ 1905)
Relativita’ e tempo
• Il postulato centrale della Relativita’ Ristretta:
la velocita’ della luce e’ sempre la stessa
c≈300000km/s qualunque sia la velocita’ del
sistema (non accelerato= inerziale) in cui la si
osserva (la luce emessa da un razzo con velocita’ v rispetto
alla Terra, dalla Terra viene vista viaggiare a velocita’ c e non
c+v come ci si aspetta)
• Una conseguenza immediata e’ che il tempo di un
sistema in moto rispetto a noi viene visto
trascorrere piu’ lentamente.
Conseguenza: il tempo rallenta con V
• Orologio luce: scandisce il tempo con un raggio
riflesso, quando il raggio ritorna al punto di emissione
segna l’unità di tempo
lunghezza l, idealmente
l
l = 150.000 km ->
orologio fermo t=2l/c
• Consideriamo ora un orologio-luce fermo su un razzo
che viaggia con velocità V ortogonale a l rispetto alla
Terra. Sulla lunghezza l entrambi i sistemi concordano
perché possono
V ->
confrontarla
direttamente essendo
ortogonale a V
il tempo rallenta con V
• Consideriamo ora il tempo del razzo (tr = 2l/c)
visto dalla Terra (tT)
• Poiché la velocità della luce è c
in tutti e due i sistemi, ma la luce
deve percorrere una distanza più lunga rispetto a
quella nel razzo (2 l) impiegherà un tempo
maggiore tT>tr
Pitagora: ct=(l2 +V2t2)1/2
tT=2t = 2 l/ (c2 -V2)1/2
-> t = l / (c2 -V2)1/2
= tr/ (1 -V2/ c2)1/2
Quindi non c’è un tempo assoluto e poiché tT>0,
V<c, ossia c è la velocità massima dei sistemi
Verifica sperimentale
• Una delle prime verifiche della dilatazione del
tempo relativistica fu basata sui raggi cosmici:
vi sono particelle elementari (muoni) create da
urti nell’alta atmosfera (≈ 5-10 Km) e che
viaggiano verso la superfice terrestre a
velocita’ prossime a c, piu’ precisamente
(1-v2 /c2)-1/2 ≈10 (si puo’ verificare tramite rivelatori) .
Quando esse sono ferme (si possono produrre in
laboratorio) esistono solo per un tempo (medio)
t ≈ 2· 10-6 s, quindi in fisica classica potrebbero percorrere (in media) 600 m. Eppure
sono osservate sulla superfice terrestre,
cio’ e’ possibile solo se il loro tempo e’
dilatato, e il fattore di dilatazione relativistico (1-v2 /c2)-1/2 ≈10 e’ in accordo con i dati
sperimentali.
Massa = Energia
• Un altro effetto della Relativita’ e’ che un corpo fermo
ha energia per il solo fatto di avere massa: la celebre
E= m c2
Consideriamo due corpi (1 e 2) di ugual massa
m (non-relativistica ) in una scatola con massa
totale M. Il corpo 2 ha energia che
trasferisce a 1 tramite radiazione di energia E
a cui è associato un impulso p=E/c (teoria elett-magn.)
Sotto effetto di p la scatola si muove, ma quando
l’energia della radiazione è stata assorbita da 2, avendo
(non-relativ.) 2 la stessa massa il baricentro del
sistema sembra si sia mosso senza l’azione di
forze esterne. Il problema si risolve se l’assorbimento
di E ha variato la massa di δm, corrispondente, poiché
la radiazione si muove con velocità c, a un impulso
δm c= p =E/c,
-> E= δm c2
1
2
Energia e velocità
• La formula E=mc2 e’ valida pero’ solo se la particella di
massa m e’ in quiete; se si muove con velocita’ v la
formula diventa
E= mc2/(1-v2/c2)1/2
che per v/c piccolo diventa E≈mc2+(1/2)m v2 (energia di massa+cinetica)
• Da qui si vede che puo’ essere ammessa , per E>0,
massa m=0 solo se v=c (lo 0 del numeratore e’ compensato dallo 0
del denominatore) , e in effetti particelle che hanno massa
nulla (come le particelle di luce, i fotoni) si muovono
sempre a velocita’ c. Questo spiega perchè l’interazione
elettromagnetica (e gravitazionale?) mediate da
particelle con m=0 hanno raggio d’azione ∞
• Inoltre poiche’ nei sistemi (isolati) l’energia si conserva
ma non la massa , compaiono fenomeni impossibili
nella meccanica Newtoniana
Decadimenti e creazione di particelle
• Decadimenti: una particella di massa M puo’
decadere (“trasformarsi”) in altre particelle di massa
m1, m2 ,… purche’ M>m1+m2+…
(ad esempio un neutrone isolato decade in media in 15
minuti in un protone un elettrone e un antineutrino)
Ma per capire come sia possibile
occorre anche la Meccanica
Quantistica, particelle relativistiche
non possono “sparire” e “trasformarsi”
• Nuove particelle possono crearsi
in un urto di altre particelle, ad
esempio all’acceleratore
del CERN di Ginevra (Z da e+e⁻)
Perché la relatività è importante per LHC
• Poiché in un urto l’energia totale si conserva,
se vogliamo produrre particelle di massa più
grande dobbiamo avere energie maggiori e
accelerandole le particelle incidenti
acquistano energia
• I tempi di decadimento possono essere per
alcune particelle così brevi nel sistema di
riferimento in cui sono ferme (anche 10-23 s)
che non sarebbero osservabili, ma poiché si
muovono a LHC a velocità vicine a c, la
dilatazione dei tempi relativistica consente di
osservarle
Come sono state scoperte le particelle elementari:
salendo in Energia con gli acceleratori
A CACCIA DI QUARKS
Meccanica Quantistica
• La Meccanica Quantistica (MQ) e’ la teoria fisica
che descrive le leggi che governano I fenomeni
fisici a livello microscopico (atomico o subatomico), ma ha anche conseguenze a livello
macroscopico, quali l’incompenetrabilita’ dei
corpi, la stabilita’ della materia e dei colori,
l’esistenza di laser, superconduttivita’…
• La MQ sta alla base delle teorie attuali sull’origine
delle strutture cosmiche…
e del funzionamento dei telefonini….
Particelle quantistiche
• La Meccanica Quantistica mette in crisi il nostro
concetto di particella e onda, e più in profondità
di «realtà fisica», almeno su scale atomiche o
subatomiche
• Le particelle quantistiche
sono «particelle» -> si
possono osservare le loro
traiettorie in una camera
a bolle (vapore soprassaturo+particella carica->
condensazione di goccioline d’acqua->traiettoria)
Onde e Interferenza
• Ma fasci di particelle quantistiche mostrano il
fenomeno di interferenza tipico delle «onde»
• Vediamo l’origine dell’interferenza nel caso classico
delle onde di luce che passano tra due fenditure
producendo su uno schermo frange chiare e scure
Spiegazione: Intensita’ (luminosita’) I(x)=(altezza o ampiezza a(x))2 e si
sommano le ampiezze delle onde prodotte dalle fenditure, quindi
l’ampiezza totale a12(x) =a1(x)+a2(x),
ma
(a12(x))2= (a1(x) 2+(a2(x)) 2 + 2 a1(x) a2(x)
I12 (x) = I1 (x) + I2 (x) + 2 a1(x) a2(x) ← termine di interferenza
Particelle classiche
• Nessuna interferenza invece compare nel caso di
particelle classiche (se interpretiamo come analogo di I(x) il
numero di particelle N(x) che arrivano nella posizione x e con il
pedice 1,2, 12 i casi con aperta solo le fenditure 1,2,1+2)
N12(x)=N1(x)+N2(x)
Dividendo per il numero
totale N di particelle otteniamo
le probabilità p(x)=N(x)/N e p12(x)=p1(x)+p2(x)
la probabilità di trovare una particella in x con 1+2
aperte = probabilità con 1+probabilità con 2 aperta,
quindi la particella è passata o da 1 o da 2
Onde o particelle?
• Ma allora le particelle quantistiche sono particelle,
visto che (sembra) possiamo osservare le loro
traiettorie, o onde, visto che mostrano il fenomeno
di interferenza?
• Per capire la situazione rifacciamo l’esperimento
delle due fenditure con un fascio di particelle
quantistiche (es. elettroni…) che vengono emessi
uno alla volta
• Per fortuna tutte le “particelle quantistiche”
(elettroni, fotoni,…) si comportano nello stesso
modo anche se fortemente controintuitivo.
1. Gli elettroni compaiono nei rivelatori
in numeri interi come con particelle
2. Contandoli (N12 (x)) otteniamo la figura
di interferenza come con onde.
Dividendo per il numero totale (N) di
elettroni del fascio otteniamo la probabilita’ p12 (x)= N12 (x)/N che presenta quindi
il fenomeno dell’interferenza
Onde di probabilita’
• Nel caso delle onde classiche la interferenza era dovuta
al fatto che l’intensita’ era il quadrato dell’ampiezza, ma
erano le ampiezze delle onde delle fenditure che si
sommavano. Per le particelle quantistiche allora
poniamo la probabilita’ p(x)=|ψ(x)|2
ψ(x)=ampiezza dell’onda di probabilita’ (introdotta da
Schroedendiger interpretata probabilisticamente da Born)
ψ12= ψ1+ ψ2 e quindi p12 =p1 +p2 +interferenza
• Quindi cosa sono le particelle quantistiche?
Sono onde o particelle?
Particelle quantistiche
Sono “particelle” la cui probabilita’ di essere
trovate in una certa posizione x [o con un
certo impulso p o ...] e’ determinata
dall’intensita’ di un’onda ψ (x) [φ(p) o…] .
La situazione e’ dunque completamente diversa
dal caso classico: la Meccanica Quantistica non
assegna alle particelle di un sistema fisico una
definita posizione (o impulso) che esse
posseggono, ma solo una probabilita’
(indeterminismo) di essere trovate in una
posizione con una misura, neanche di “avere” una
posizione…
La relazione particella-onda
• La relazione tra le proprieta’ di onda e di particella fa
comparire (dopo c) una nuova “costante universale”
della realta’ fisica : la costante di Planck h ,
distantissima come scale da quelle dell’esperienza
umana
h ≈ 6·10-34 kg m2 /s=
0.0000000000000000000000000000000006 kg m2/ s
• E(energia della particella)=h ν (frequenza dell’onda)
(Planck 1900-Einstein 1905)
• p=mv (impulso della particella)= h/λ (lunghezza
d’onda) (de Broglie 1924)
• La piccolezza di h spiega perché la natura su scala atomica si
comporti in modo così differente dall’esperienza quotidiana.
• Però senza ħ non si spiegherebbe la stabilità della materia, non
funzionerebbero i transistor e quindi …… i vostri computer, i
vostri telefonini….
Relativita’ +Meccanica Quantistica
• Se combiniamo Relativita’+Meccanica Quantisica
appaiono fenomeni nuovi:
• A ogni particella quantistica corrisponde la sua
“antiparticella” (antimateria) con uguale massa,
carica opposta [ad esempio antielettrone=positrone, antiprotone…]
• Quando una particella collide
con la sua antiparticella
entrambe si distruggono
producendo solo radiazione
Relativita’ +Meccanica Quantistica=
Teorie di Campo Quantistiche Relativistiche
• Una radiazione o campo intenso, elettromagnetico o
gravitazionale, viceversa, puo’ produrre coppie
particella-antiparticella.
• Quindi il numero delle
particelle quantistiche ora
non e’ piu’ costante
• Come i fotoni (che si potevano emettere e assorbire)
erano descritti dal campo elettromagnetico cosi’ ora a
ogni particella quantistica e’ associato un campo che
la crea/distrugge assieme alla sua funzione d’onda
• Sono finalmente queste le particelle elementari che
possono decadere, essere create,annichilate…
Incredibili proprietà delle particelle elementari
• Se pensiamo ‘classicamente’ come di solito, il
comportamento delle particelle elementari è folle…
• Due palle nere si scontrano ad alta v
e
producono 3(!) palle nere uguali ad esse +
una palla verde e una rossa (E=mc2)
• Ma nelle stesse condizioni possono anche
non produrre alcuna palla nera, ma invece
due rosa una verde e una gialla e non
sappiamo mai prima quale è il risultato , solo la probabilità
(meccanica quantistica)
• Una palla nera ferma improvvisamente,
ma non sappiamo quando, sparisce e
lascia al suo posto una gialla,rosa,rossa…
FERMIONI & BOSONI
• Le particelle elementari sono caratterizzate dalla
massa m e da una quantità solo quantistica
correlata alle rotazioni…lo spin che rappresenta
(in unità di ħ=h/2π) il loro momento angolare
intrinseco (idea intuitiva di spin:particella ruotante
attorno a un asse falsa:oggetto puntiforme non può ruotare
su se stesso)
• Particelle e campi suddivisi in 2 categorie:
• Fermioni ->spin semintero :quark e
leptoni (non interazione forte)
• Bosoni -> spin intero (fotoni,Z,W, g, H?)
Rotazioni e spin
• Per rotazioni di 2π le coordinate o piu’ in generale sia
vettori che scalari sono invarianti. Ma ci sono enti che
non sono invarianti per una rotazione di 2π ma lo sono
per una di 4π (spinori)
Rotazioni e scambi
• Particelle di spin intero (bosoni) hanno funzioni
d’onda ψ che non cambiano per rotazioni di 2π
• Particelle di spin semi-intero (fermioni) hanno
funzioni d’onda ψ che cambiano di segno per
rotazioni di 2π, quindi non cambiano per rotazioni
di 4π (spinori)
Ma rotazione di 2π di una = scambio di due
particella
particelle identiche
FERMIONI & impenetrabilita’
• Per 2 fermioni, come gli elettroni, s=1/2
Ψ(scambio)=- Ψ,ma se sono entrambi nello stesso punto
Ψ(scambio)=Ψ,quindi Ψ=0. Principio di esclusione di
Pauli: non ci possono essere due elettroni nello stesso
punto (o con lo stesso impulso) e con la stessa
direzione dello spin → le orbite elettroniche di due
atomi non possono sovrapporsi troppo
L’elettrone e’ puntiforme ma le orbite hanno dimensioni
di circa 10-10 m e le loro distanze nella
materia sono comparabili → incompenetrabilita’
BOSONI & superconduttivita’
• Per due bosoni , come i fotoni, s=1, Ψ(scambio)= Ψ, non
vale il principio di Pauli e ci possono essere due fotoni con
lo stesso impulso e con la stessa direzione dello spin
(elicita’) → laser (molti fotoni)
• In un metallo vicino a T=0 K coppie di elettroni di spin
opposto si attraggono, formano bosoni (s=1/2-1/2=0)
• Questi hanno tutti impulso nullo (condensazione) → una
corrente elettrica non incontra
resistenza=superconduttivita’, perche’ la resistenza e’
dovuta agli elettroni singoli e per ottenerli occorre rompere
una coppia, il che richiede energia
MATERIA & RADIAZIONE
Particelle elementari di 2 tipi
Particelle
della
Materia
fermioni
Mediatori
delle
Interazioni
(radiazione)
bosoni
?
Particelle elementari classificate da massa m, spin s, cariche
Interazione materia-radiazione
Incredibile semplicità: solo 3 processi base:
Propagazione di particelle di
materia (fermioni)
Propagazione di radiazione
(bosoni)
→ tempo
Interazione materia-radiazione
DECADIMENTO RADIOATTIVO DI UN NUCLEO A LIVELLO
DELL’INTERAZIONE DEBOLE TRA I SUOI QUARK COSTITUENTI
AL’ORIGINE
LHC: CAPIREMO
L’ORIGINE
DELLA
MASSA?
DELLA MASSA
DELLE
PARTICELLE
• Sappiamo che una particella con m=0 deve muoversi alla
velocita’ della luce. Per tali particelle sarebbe impossibile
formare la materia che conosciamo…eppure in teorie
quantistiche relativistiche la velocita’ istantanea e’ c (!)
come se fossero senza massa. Solo che se m ≠ 0 la particella
oscilla rapidissimamente attorno a una traiettoria con
velocita’ media v<c.
Forse la massa e’ generata?
In effetti si ritiene che ne sia
responsabile una nuova
particella: il bosone di Higgs
IL BOSONE DI HIGGS
• Come si genera la massa ?
La particella cercata a LHC, il bosone di Higgs, essendo un
bosone puo’ “condensare nel vuoto” cioe’ nel vuoto c’e’
una densita’ finita di bosoni di Higgs con impulso 0.
• Tutte le particelle di materia sono in origine assunte con
m=0, ma alcune interagiscono col condensato
• Ogni volta che una di queste particelle
interagisce con un Higgs del
condensato la direzione della
velocita’ istantanea (c) si inverte,
Cosi’ si generano le oscillazioni
che descrivono la massa, e’ come
se queste oscillazioni“frenassero”
la particella originando la sua massa inerziale
Verifica sperimentale
• Come possiamo provare questo?
• Provocando con urti onde con energia non nulla
nel condensato di Higgs : per la meccanica
quantistica relativistica sappiamo che un’onda
(quantistica) è descritta da un campo che crea e
distrugge particelle. La particella corrispondente
all’onda nel condensato di Higgs
è il famoso bosone di Higgs
Peter Higgs a LHC
QuickTime™ and a
TIFF (LZW) decompressor
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I MISTERI IRRISOLTI:
IL PUZZLE DELLE MASSE FERMIONICHE
• C’è un ordine nascosto come nella tavola degli elementi?
Misteri irrisolti: materia e energia oscura
Bilancio energetico dell’Universo
Il lato oscuro…dell’Universo (materia)
• Poiche’ la gravita’ incurva i raggi di luce,
possiamo inferire la presenza di materia
dalla traiettoria dei raggi di luce e la
fotografia mostra un esempio dove la
distribuzione della materia luminosa (in
rosso) e’ diversa da quella di tutta la
materia presente (in blu) dedotta dalla
curvatura dei raggi di luce.
• Esiste quindi ”materia oscura”
che non interagisce con la
luce, quindi “invisibile”
(donde “oscura”) ma agisce
gravitazionalmente
incurvando I raggi di luce
I MISTERI IRRISOLTI: UNIFICAZIONE?
LE “COSTANTI” DI ACCOPPIAMENTO FONDAMENTALI
NON SONO
COSTANTI IN ENERGIA
Perche’ 102GeV? Se tutti i processi sono permessi l’unica scala di energia
naturale e’ dove si incontrano le “costanti” ~ 1014GeV
Oltre il Modello Standard
• LA MASSA DELL’HIGGS E’ “PROTETTA” A 100 – 200 GEV
PERCHE’ ESISTE UNA NUOVA SIMMETRIA, LA
SUPERSIMMETRIA (SUSY) che scambia bosoni e
fermioni e proibisce certi processi
?
VISIBILITA’ A LHC: VEDREMO LE PARTICELLE
SUPERSIMMETRICHE E LE LORO INTERAZIONI. LA PIU’
LEGGERA PARTICELLA SUSY PUO’ ESSERE STABILE E
COSTITUIRE LA MATERIA OSCURA. AL TEMPO STESSO
POTREMMO SCOPRIRE SUSY E LA SORGENTE DEL 90%
DELLA MATERIA PRESENTE NELL’UNIVERSO
?
Unificazione con SUSY
SUSY=supersimmetria: scambia bosoni con fermioni
Aggiunta di nuove particelle SUSY partner di quelle ordinarie del Modello Standard ad una
scala di massa tra 100 e 1000 GeV
UNIFICAZIONE DELLE
INTERAZIONI FONDAMENTALI
?
?
Con le ultime schermate siamo ormai
entrati pienamente nel regno delle
ipotesi…saranno valide?
Come sempre da Galileo lo decideranno gli
esperimenti….
Io stimo più il trovar un vero, benché di cosa leggiera, che 'l disputar
lungamente delle massime questioni senza conseguir verità nissuna.
Grazie per l’attenzione
Quale fenditura?
• Gli elettroni nell’esperimento con le fenditure sono
rivelati come unita’, quindi si sarebbe tentati di dire:
• L’elettrone e’ passato o dalla fenditura 1 o dalla
fenditura 2, ma la somma delle probabilita’ con una
sola fenditura aperta (senza interferenza) non e’ uguale a
quella che si ottiene quando sono aperte tutte due (con
interferenza)…Quindi l’affermazione precedente e’ errata?
Cosa succede?
Se osserviamo…disturbiamo
• Per capire da quale fenditura passa un
elettrone potremmo mettere una luce
dopo le fenditure in modo che un lampo di
luce ci segnali la posizione dell’elettrone.
• Rifacendo l’esperimento con la luce :
• Ogni elettrone lo vediamo
passare da una sola fenditura
(o 1 o 2), ma la figura di
interferenza delle intensità però
scompare…
Quale traiettoria?
• Nessuna di queste affermazioni per gli elettroni
descritti da ψ12= ψ1+ ψ2 e’ quindi corretta:
• L’elettrone passa da una fenditura o dall’altra (esclusa
perche’ se sommiamo il contributo dei due casi con una
sola fenditura aperta non riproduciamo quello con due
fenditure aperte)
• L’elettrone passa da entrambe le fenditure (esclusa
perche’ se cerchiamo di verificare sperimentalmente
troviamo l’elettrone sempre in una sola delle fenditure)
• L’elettrone arriva allo schermo finale senza passare da
nessuna delle due fenditure (esclusa perche’ se
chiudiamo tutte due le fenditure nessun elettrone
viene rivelato sullo schermo finale)
Nessuna traiettoria … se non osserviamo
• Dalle considerazioni precedenti vediamo che
non e’ affatto ovvio poter assumere che le
particelle quantistiche “abbiano” una posizione
se non le osserviamo, ma solo che le
“troviamo” in una posizione, se ne eseguiamo
una misura, con una probabilita’ determinata
dalla funzione d’onda
(Bohr,Heisenberg,Born,Jordan,Dirac,Pauli 1927).
La probabilita’ non e’ dovuta alla nostra
ignoranza su una posizione esistente, perche’
una posizione (come valore) non preesiste alla
misura. (“la luna (classica) avrebbe la stessa posizione anche
se non fosse osservata, ma l’elettrone (quantistico) no…”)
mv = h/λ
orizzonte
(→ GPS-satellitare)
Una volta prodotti I buchi neri in relativita’ generale continuano ad
aumentare la loro massa e il loro orizzonte “inghiottendo” la materia
vicina attratta gravitazionalmente.
Ma per produrre buchi neri in relativita’ generale serve una
massa M>1,4 massa del Sole (impossibile a LHC!)
BUCHI NERI A LHC?
Se ci sono extra-dimensioni non troppo piccole allora possono esistere
buchi neri con masse talmente piccole da essere potenzialmente
creati a LHC, ma evaporerebbero in 10-27 secondi a causa della
radiazione di Hawking (relativita’ generale + meccanica quantistica)
Coppie di particelleantiparticelle si creano
sull’orizzonte del buco nero; le
antiparticelle entrano perche’
attratte dalla materia nella
singolarita’ e la loro
annichilazione produce la
radiazione di Hawking, la massa
del buco nero
diminuisce,”evapora”
Anche se la teoria di Hawking e’ errata, nessun buco nero e’ osservato
nelle collisioni ad energia > di LHC dei raggi cosmici
Energie fino a 1020 eV >> 1013 eV di LHC e nessun
buco nero stabile e’ stato visto!
