Hypotetisk partikkelkalender: 18. desember – Mikroskopiske sorte hull

Hvilke partikler finnes i naturen? Vi vet om en hel del – men vi vet også at det må være flere igjen å finne. [Bilde: http://www.particlezoo.net]

Bittesmå sorte hull – planetspisende monstre fra en annen dimensjon?

Vi vet i dag omtrent hvilke partikler naturen består av. Samtidig er det mange mysterier igjen å forstå, og flere av dem antyder at det finnes enda flere partikler der ute enn de vi har oppdaget hittil. Men hvilke? Hva slags egenskaper må de ha, hvordan kan de lages, og ikke minst hvordan kan de eventuelt oppdages? I den stille adventstid gir kollokvium deg en hypotetisk partikkel hver dag, og ser fremover mot de store oppdagelsene fysikere kan håpe å gjøre i årene som kommer.

Få ting fra moderne fysikk har fanget folks fanasi mer enn sorte hull. Et sted i rommet der tyngdekraften er så sterk at ingenting – ikke en gang lys – kan unnslippe. I bøker og filmer har de blitt alt fra ødeleggende kosmiske støsugere til portaler gjennom tid og rom. I forskningen har vi dem i sentrum av galakser – og i noe av det mest visjonære av morgendagens partikkelfysikk? Hvordan kan et sort hull være en partikkel?

Sort hull. Det er bemerkelsesverdig lett å finne bilder av noe som strengt tatt er sort og usynlig...

Sort hull. Det er bemerkelsesverdig lett å finne bilder av noe som strengt tatt er sort og usynlig…

La oss først se på hva som definerer et sort hull: Hvis du vil komme deg vekk fra jorden må du hoppe oppover med så stor hastighet at jordens tyngdekraft ikke klarer å hente deg inn igjen. Den vil uansett bremse deg, men du må rekke å komme deg såpass langt unna at den blir ubetydelig og fortsatt ha fart igjen utover. Hvor stor denne hastigheten – unnslippingshastigheten – er, avhenger av hvor tungt det du hopper opp fra er. Hvis jorden var mye større ville hastigheten også bli større. Men hva om hastigheten som kreves blir så høy at den går over lyshastigheten? I følge generell relativitetsteori påvirkes også lys selv av gravitasjon, og i dette tilfellet vil dermed selv ikke lys ha nok fart til å slippe vekk. Ingenting vil det. Du vil får en slags grense hvor det ikke går an å komme ut hvis du først har kommet innenfor – kalt Schwarzschild-radien på fint – og denne blir et slags hull i rommet. Et sort ett, siden det ikke lyser. Et sort hull, altså. Juhu.

…men for å lage et sort hull kreves det jo da veldig mye masse, ikke sant?

Nei, ikke nødvendigvis. Det er en annen mulighet. I steden for å være veldig tunge kan sorte hull i steden være veldig, veldig små. Bare stoff trykkes tett nok sammen så burde det kunne bli til et sort hull likevel – et mikroskopisk ett. Og dette mikroskopiske sorte hullet vil faktisk ha egenskaper som ligner ikke så rent lite på en partikkel. Faktisk såpass mye at man leter etter dem på LHC ved CERN.

Store sorte hull av Hollywood-typen finner vi typisk i midten av galakser og andre steder med mye tungt stoff. Hvor kan vi eventuelt finne de små?

En mulighet er at de ble dannet ved universets fødsel, og fortsatt er der ute. I såfall kan de til og med være en del av den mørke materien som vi så desperat har lett etter bak andre av denne kalenderens luker. Like etter Big Bang kan man i prinsippet vise at hele universet var i en slags sort hull-aktig tilstand, men som så ble revet i stykker av at rommet blåste seg veldig opp. Noen rest-hull kan ha blitt igjen, og de kunne vi jo i prinsippet oppdage.

Men hvorfor skulle de være mini og ikke store?

Jo, fordi sorte hull ikke er sånn der helt, hundre prosent, totalt sorte likevel. De sender ut stråling de også – såkalt Hawking-stråling – litt på samme måte som noe som er varmt alltid sender ut termisk stråling (som igjen bare er en type lys). Hawking-stråling består i steden av en jevn strøm av partikler, og disse vil sakte ta energi vekk fra hullet. Derfor er det mulig at hull som var passe store ved universets fødsel er passe små i dag, og kan oppføre seg som partikler vi kan oppdage.

Den andre, enda mer spennende muligheten er at de kanskje kan lages i partikkelakseleratorer. Når man der smeller partikler sammen med veldig høy energi, kanskje de kunne komme så tett på hverandre at det ble et lite sort hull ut av det? Hvordan vil vi i såfall se det?

Det første vi ser hvis vi regner litt på dette er at det nok ikke er mulig. Mengden energi som trengs vil være helt enorm – såpass stor at vi vil trenge en akselerator større enn planeten vår for å lage den. Ikke veldig sannsynlig. MEN det er et smutthull: Hva om verden har mer enn tre dimensjoner? For oss store mennesker har den opplagt ikke det, men for partiklene er det ikke helt utelukket at det kan finnes en eller flere til. I såfall, på grunn av egenskapene til tyngdekraften, reduseres kravene til hvor mye energi som trengs. Derfor, hvis vi klarer å lage et lite sort hull i en akselerator i dag, har vi samtidig vist at verden har flere dimensjoner. Kult, ikke sant?

Ingen kommentar nødvendig.

Ingen kommentar nødvendig.

Så til det opplagte spørsmålet: Er det ikke farlig? Vil ikke det sorte hullet sluke oss alle og forårsake verdens undergang og trøbbel på boligmarkedet? Nei. For det første ville ikke engang et stabilt og fint sort hull skape trøbbel, siden det er så bitte, bitte, bitte lite. Det vil fly rett gjennom atomene våre uten å legge merke til det, og antakelig gå sakte rundt i en eller annen bane rundt jordens sentrum. For det andre så vil det ikke være stabilt, men i steden henfalle veldig, veldig fort. Grunnen? Hawking-stråling. Og siden denne tar form av en strøm av partikler, ja så kan vi jo faktisk oppdage den i et partikkeleksperiment som ATLAS og CMS på CERN. Begge disse har forskningsgrupper som ser etter mini-sorte-hull – helt sant – og selv om de nok ikke forventer å finne noe så ville en oppdagelse her vært så kul at man bare ikke kan la være å lete.

Frykt ikke mikroskopiske sorte hull. De er ufarlige og dessuten kortlevede. Frykt heller alle de nerdete referansene vi skal klare å veve inn i formidlingen av resultatene dersom vi noen gang oppdager dem. For alle er enige om at sorte hull er veldig, veldig tøffe – ikke sant?

One comment

  1. Carbomontanus · desember 18, 2012

    Sorte hull er virkelig ærverdig gammel science fiction.

    De er postulerte som en mulighet allerede på 1700 tallet eller omtrent til opplysningstiden i idehistorien og lærehistorien. Nå skulle jeg vist konkret til forfattere og kilder, men må fare fort over det og merker meg bare hva som er mulig gjørbart og rimelig innen den såkalte klassiske fysikk. Og har der endel svært gode lærebøker videre til teknisk aftenskole. Wagners teknologi til de Kongelige Artillerier, og Lobbens lommebog for mekanikere. Da hamler man opp med roterommet og kan til og med exellere der. .. men det forutsetter at man har tatt REALskolen og pliktig teknisk aftenskole alvorlig..

    Argumentet var unnslipningshastighetene, og det har hatt betydning for solforskningen. Ifølge den såkalte klassiske fysikk så unnslipper ikke protoner og elektroner solens gravitasjonsfelt ved solens overflatetemperatur, hvilket var et suverent argument imot Terellaforsøkene til Christian Birkeland.

    Men Birkeland var en uforbederlig elektriker,……Og seiret suverent på sikt ved Marinersondene til Venus, som med moderne partikkeltellere i vacuum fant Birkelandpartikler hele veien på overfarten.

    Dermed må man også godta Størmers forklaring og spektrometri av nordlyset. Og Birkeland kom på 200 kroner seddelen, slå den!

    Men allerede på 1700- tallet var det en engelsk teoretiker som tenkte seg solen større og større og med samme tetthet og beregnet solens radius der unnslipningshastigheten er lyshastigheten og det var faktisk ikke så overvettes mye. Var det dessuten Schwarzschild han het?, dette er gjort på 1700 tallet helt uten Einsteinsk relativisme.

    Nok et oppsiktsvekkende argument er at det gitte univers med dets kjente tetthet og efterhvert kjente radius også er et sort hull….. ifølge kriteriene….. så da, så!

    Til opplysning så er det funnet at M15 kulehopen i Pegasus inneholder 2 sorte hull i centrum som surrer om hverandre. Da vet jeg besjed, for jeg har stusset over dette med kulehopenes stabilitet. Hvorfor dratter de ikke ihop? Der er det mange falske forklaringer på markedet. Rett forklaring er at det er just hva de gjør hele tiden og det altoverveiende har drattet ihop og gått dukken allerede forlengst. Kulehopene er typpiske eksempler på sort eller mørk materie hvor vi kun ser restene og avglansen som diffuse tåkedotter.

    Så om noen kommer på Kikkertplassen til Sidewalk astronomy og vil se et sort hull, så skal man rette kikkerten mot M13 i Hercules, og si: «Se selv, i kikkerten!»

    De er slett ikke så usynlige, man ser virkningene av dem.

Legg igjen en kommentar

Fyll inn i feltene under, eller klikk på et ikon for å logge inn:

WordPress.com-logo

Du kommenterer med bruk av din WordPress.com konto. Logg ut / Endre )

Twitter picture

Du kommenterer med bruk av din Twitter konto. Logg ut / Endre )

Facebookbilde

Du kommenterer med bruk av din Facebook konto. Logg ut / Endre )

Google+ photo

Du kommenterer med bruk av din Google+ konto. Logg ut / Endre )

Kobler til %s