Radiación de Hawking y confinamiento de quarks

En realidad, al elaborar una predicción rigurosa para la radiación de Hawking, debe resolver las ecuaciones para el QFT relevante de manera semiclásica, tratando la métrica del espacio-tiempo como un sustituto de la métrica de Minkowski que generalmente se usa en QFT. Esto es similar a derivar la mecánica cuántica del átomo de hidrógeno sin prestar atención al hecho de que existen fotones y el campo electromagnético está cuantizado.

De todos modos, cuando calculas el efecto de Hawking para un campo escalar, o un fermión o lo que sea, lo que haces es comenzar con el diagrama de Penrose-Carter para el espacio-tiempo de Schwarzschild.. Usted define un conjunto de soluciones de ondas planas linealizadas en el infinito pasado, y luego usa sus ecuaciones de movimiento de espacio curvo para que el campo evolucione hacia adelante en el tiempo, y luego mide qué proyección en un conjunto de soluciones de ondas planas linealizadas obtiene en el futuro. infinito. El resultado de Hawking en su artículo original fue que incluso si define el estado "en" en el infinito nulo pasado como el estado de vacío (es decir, el estado sin partículas), entonces TODAVÍA tiene una distribución de cuerpo negro en el infinito nulo futuro, por lo tanto , interpretamos el agujero negro como radiante. Tenga en cuenta que nada de esto se basa en la creación de pares virtuales y cómo se relaciona bastante directamente con el QFT ordinario. La parte sobre la creación de pares sirve principalmente para dar una buena imagen física de por qué podría haber radiación en el infinito futuro nulo.

Ahora, hay algunas razones por las que este procedimiento no funcionará para los quarks. Marek señala el más claro de ellos: no hay un estado "dentro" o "fuera" que describa un conjunto de quarks o gluones libres y sin unir. Lo mejor que podemos hacer es aproximarnos a tal estado a alta energía. Entonces, el formalismo semiclásico se rompe en algún nivel.

La segunda razón por la que esto no funcionará es más astrofísica que otra cosa. Se sabe que los agujeros negros probablemente tengan una carga física muy pequeña, porque si adquirieran una carga de cualquier tamaño, tendrían un campo electromagnético muy grande que polarizaría todo a su alrededor, absorbería iones con carga opuesta y se neutralizaría. Si, por casualidad, un agujero negro ganara algún tipo de carga de color al crear una partícula de color opuesto cerca de él, la fuerza sobre esa partícula sería tan grande que de todos modos no podría escapar al infinito, y el negro el agujero permanecería sin color, y no veríamos quarks libres escapando al infinito, por lo que el efecto que describe no debería ser posible.

Sin embargo, si se está preguntando si veríamos o no estados ligados de quarks escapando, la respuesta a esa pregunta es casi seguro que sí. Un pión o un protón es un estado perfectamente bueno para hacer un análisis semiclásico y (no estoy seguro de esto, pero estoy bastante seguro de que alguien ha visto esto antes, y no hay un contraargumento plausible de que Puedo pensar en) que obtendríamos una radiación de cuerpo negro perfectamente sensible al usarlos como partícula de prueba, siempre que la masa del agujero negro sea lo suficientemente baja (y, por lo tanto, su temperatura lo suficientemente alta) para no permitir la producción de tal partículas masivas.

Creo que tu razonamiento debe ser correcto.

Sin embargo, según entiendo la radiación de Hawking (es decir, no mucho), el efecto se deriva independientemente de la teoría microscópica. Simplemente asume que la partícula (que debe escapar alrededor del horizonte) necesita acelerar (mucho) para superar la gravedad del agujero negro y luego nota que el observador acelerado registrará una radiación de cuerpo negro. Esto se llama efecto Unruh .

Ahora, ciertamente puede intentar derivar el efecto de los primeros principios (es decir, QFT). Por ejemplo , este documento afirma que, de hecho, es posible derivar los resultados de la QFT libre . Pero para QFT realista (como QCD) esto no parece técnicamente factible y los resultados que obtenga (es decir, la temperatura de Hawking) pueden depender de la teoría precisa utilizada.

Este documento habla de un efecto similar, pero en lugar de hacer un túnel desde debajo del horizonte del agujero negro, analiza el hecho de hacer un túnel fuera del horizonte de confinamiento (esto se llama agujero blanco porque el confinamiento significa hadrones blancos; no debe confundirse con los agujeros blancos de GR).

La mayoría de los cálculos del efecto Hawking asumen campos cuánticos libres. Esta suposición se rompe para la cromodinámica cuántica fuertemente acoplada. Como la temperatura de Hawking es mucho más baja que la temperatura de desconfinamiento de QCD, no hay suficiente energía para hadronizar pares quark-antiquark "virtuales". En cambio, la partícula justo fuera del horizonte de eventos es atraída hacia el agujero negro por el tubo de flujo QCD de confinamiento. No puede escapar.

En realidad, para los agujeros negros de tamaño astronómico, la temperatura de Hawking es tan baja que solo pueden irradiarse fotones y gravitones sin masa. Incluso los neutrinos son demasiado pesados, sin importar los quarks.

Pero para miniagujeros negros suficientemente ligeros, podemos tener la creación de pares de hadrones, con un escape de hadrones y el otro cayendo en el agujero negro.