¿Se pueden crear agujeros negros en una escala en miniatura?

La búsqueda continúa en los experimentos en curso del LHC para encontrar firmas de agujeros negros de grandes dimensiones adicionales. A pesar de lo que dice @Ronmaimon en su respuesta, los experimentadores no están convencidos de que la probabilidad de que algunos de los modelos que esperan grandes dimensiones adicionales sean correctos sea cero.

La Colaboración CMS en el LHC ha llevado a cabo una búsqueda de producción y decaimiento de agujeros negros microscópicos en colisiones pp en un centro de energía de masa de 7 TeV, utilizando una muestra de datos correspondiente a una luminosidad integrada de 35 pb÷1. Los eventos con gran energía transversal total se analizan en busca de la presencia de múltiples chorros, leptones y fotones de alta energía, típicos de una señal que se espera de un agujero negro microscópico. Se observa una buena concordancia con los antecedentes del modelo estándar esperado, dominado por la producción multichorro QCD, para varias multiplicidades de estado final. Se establecen límites en la masa mínima del agujero negro, en el rango de 3,5 a 4,5 TeV, para una variedad de parámetros en un modelo con grandes dimensiones adicionales, junto con límites independientes del modelo sobre la nueva física en estos estados finales.

Los rumores de que se podrían hacer agujeros negros en los aceleradores de partículas se deben a un modelo obviamente imposible debido a Arkani-Hamed, Dimopoulos y Dvali, también apoyado por Lisa Randall y Raman Sundrum, que se hizo muy popular y muy citado debido a una desafortunada racha. de ilusiones y construcción de modelos delirantes entre los teóricos de cuerdas de mentalidad fenomenológica en la última década. Esta idea se llama "grandes dimensiones extra", y el ascenso y la caída de las grandes dimensiones extra fueron las armas de destrucción masiva iraquíes físicas, fue un pensamiento de grupo indefendible lo que sesgó a una comunidad política. Una comunidad política es lo que la teoría de cuerdas se vio obligada a convertirse, solo para sobrevivir a las edades oscuras de los años ochenta y noventa.

Durante estas edades oscuras, a pesar de una gran cantidad de resistencia, la teoría de cuerdas experimentó una revolución científica sin apenas precedentes, una revolución tan extensa que solo puede compararse con Galileo y Copérnico. El marco conceptual de las cuerdas se amplió a estructuras más generales, las D-branas de Polchinski y colaboradores, y los orbifolds de Dixon y otros (todo este trabajo fue intensamente comunitario y colaborativo, y es difícil seleccionar individuos --- los nombres son solo manijas en la literatura). Estas estructuras adquirieron una interpretación completa con el reconocimiento explícito de Susskind del lugar central que el principio holográfico de t'Hooft juega en la teoría de cuerdas, y el propio principio holográfico revivió, aclaró y modernizó el programa Chew/Mandelstam S-matrix que floreció en la década de 1960.

Estas dos ideas estaban relacionadas, en el sentido de que el principio holográfico explicaba la estructura misteriosa de las teorías del volumen del mundo, mientras que las D-branas proporcionaban nuevos ejemplos de objetos con teorías del volumen del mundo para describir. En unos pocos años, la teoría M, la teoría de matrices y AdS/CFT resolvieron el problema central no resuelto de la física que, con toda razón, nunca deberíamos haber podido resolver.: dieron una descripción completa, consistente y no perturbativa de los universos modelo de la mecánica cuántica con gravedad relativista general. Ya no es correcto decir que no sabemos cómo unificar la mecánica cuántica y la relatividad general; lo sabemos con certeza para ciertos espacios AdS, para la teoría de matrices de 11 dimensiones en al menos algunos dominios y muchos otros casos donde el universo es asintóticamente frío (lo que significa que no está rodeado por un horizonte térmico, como lo está el espacio de deSitter). Desafortunadamente, nuestro propio universo no está en esta clase, al menos no todavía, parece que se dirige hacia una fase de deSitter, y sabemos que fue deSitter en el pasado.

De todos modos, la solución al problema del universo frío de la gravedad cuántica resuelve el problema en principio de una teoría del todo correcta y persuasivamente. Además, las relaciones de consistencia eran obviamente tan estrictas que solo la teoría de cuerdas de la década de 1990 podría obedecerlas; requería que diferentes teorías, cada una formulada en un número diferente de dimensiones de volumen mundial que van de 0 a 4 (y más, si lo hace). permitir pequeñas cuerdas), cada uno describirá la misma física local emergente en un número diferente de dimensiones espaciales. Esta idea es un lugar común hoy en día, pero uno siempre debe recordar que es, a primera vista, imposible. Si bien no es una prueba matemática, no hay forma de que otra cosa que no sean cadenas vaya a hacer esto.

Entonces, el problema de la teoría del todo fue, en gran medida, resuelto en la década de 1990, con la formulación moderna de la teoría de cuerdas.

Uno pensaría que esto conduciría a una revolución en la física de partículas. Desafortunadamente, estas ideas no se conectan directamente con las partículas, son construcciones gravitacionales teóricas que están inspiradas y vinculadas más estrechamente a la física gravitatoria. Pero las estructuras matemáticas eran en gran parte las de la física de partículas: las teorías de volumen mundial de las branas se asemejan a las teorías de medida de la física de partículas.

Así que hubo una tremenda presión para establecer un vínculo directo entre estos desarrollos y la física de partículas, y hubo muy pocas pistas directas sobre cómo hacerlo, porque la escala de la gravedad cuántica es muy remota. Cuando la escala de Planck es grande, como lo es en nuestro universo, existen fuertes restricciones para meter basura en un vacío de cuerdas, porque no hay mucha estructura que puedas soportar en un pequeño espacio compactado. Pero la gente estaba considerando construcciones locas con pilas de branas todo el tiempo, y la gente quería una forma de convertir esto en física de partículas, y no pudieron, porque la teoría de cuerdas está muy restringida.

En esta coyuntura política, ADD propuso su modelo. Su idea era descartar el requisito de que la energía de Planck sea grande y, en cambio, hacer grandes las dimensiones adicionales. Esto lo libera de inmediato para hacer lo que quiera , porque puede meter cualquier cosa en grandes dimensiones adicionales, por lo que permitió a toda la gente de cuerdas comenzar a hacer modelos de partículas usando las nuevas herramientas. Este fue un buen ejercicio en el uso de las nuevas herramientas, por lo que obtiene mil millones de citas. Pero es una mierda como la física, porque hay buenas razones para creer que la escala de Planck es grande.

Todas estas razones se basan en el hecho de que el modelo estándar es renormalizable y el modelo estándar funciona. Si la escala de Planck es pequeña, no hay razón para que la teoría efectiva deba estar tan cerca de ser renormalizable. Por lo tanto, cada corrección no renormalizable no observada es un golpe contra un escenario de gran dimensión extra. Aquí están los que todos pensaron inmediatamente cuando salió ADD:

• Decaimiento del protón: el protón solo se estabiliza por una simetría accidental. Entonces, si la escala de Planck es de aproximadamente 1 TeV, esperaría una descomposición instantánea de protones a partir de interacciones no renormalizables.
• Masas de neutrinos: la escala de masas de neutrinos es 0,01 eV, que se predice correctamente a partir de la supresión no renormalizable de la dispersión de dos neutrinos de dos Higgs de dimensión 5.
• Correcciones electrodébiles de precisión: destruiría el momento magnético del muón en el tercer decimal y los electrones en el sexto. Estos se miden mucho mejor que eso.
• Unificación de acoplamiento: Los acoplamientos fuerte y SU(2) y U(1) se unifican aproximadamente en la escala GUT. Esto falla cuando cambia el funcionamiento, como debe ocurrir en las teorías de dimensiones extra.

Pero entonces, en lugar de que la teoría desapareciera, sucedió algo indefendible. La gente comenzó a escribir teorías falsas que afirmaban explicar estos fenómenos y otras personas las tomaron en serio. Me quedé estupefacto de que personas por lo demás inteligentes se tomaran en serio esta basura obvia. Además, no podías conseguir un trabajo a menos que estuvieras estudiando esta basura, así que básicamente solo los payasos y los estafadores conseguían puestos en los Estados Unidos. Esto es deprimente de ver, y hace que uno quiera ser biólogo.

Los documentos falsos afirmaban lo siguiente:

• Decaimiento de protones: esto se puede suprimir colocando quarks y leptones en diferentes branas que están muy separadas en las grandes dimensiones adicionales. Esto no funciona porque tiene anomalías e instantes SU(2) que vinculan quarks y leptones, por lo que necesita campos SU(2)/U(1) deslocalizados y enloquecidos para pretender que esto funcione.
• Masas de neutrinos: esto se puede suprimir si todas las masas provienen de un compañero diestro, que está deslocalizado en las dimensiones extra. Por supuesto, esto no funciona porque no hay razón para postular un compañero diestro cuando simplemente puede poner un término no normalizable de dimensión 5 a mano sin un compañero. Para suprimir realmente las masas de neutrinos , tienes que hacer modelos de fantasía al estilo Kakushadze donde suprimes 10 órdenes a mano usando simetrías discretas, y solo estas 10 órdenes, porque necesitas mantener un poco de masa observada. La masa del neutrino por sí sola es suficiente para matar esta teoría, y cualquier otra en la que la escala de la nueva física no sea suficiente.$10^8$GeV o superior, y de manera realista, lo que todos siempre pensaron que era, alrededor$10^{16}$GeV.
• Correr acoplamientos: la gente inventaba historias sobre cómo la carrera puede acelerarse y aun así hacer que los acoplamientos se encuentren . Sin leer estos documentos (no lo hice), puedes ver que esto es una mierda: la reunión de acoplamiento se basa en correcciones logarítmicas que son sensibles a los detalles de cosas mucho más allá de un TeV.
• Electrodébil de precisión: las partículas de más de 1 TeV generalmente hacen pequeñas correcciones insignificantes en el momento magnético, por lo que la gente asumió que la gravedad cuántica en un TeV haría lo mismo. Esto es una completa tontería, porque estas partículas tienen restricciones adicionales de sus propias interacciones renormalizables, y su estructura de bucle a veces puede obligarlas a dar pequeñas correcciones, solo debido a alguna propiedad de renormalización accidental. Un régimen genérico de gravedad cuántica generará un término de Pauli para el electrón y el muón que solo se suprime por la relación de su masa a 1 TeV, que no es suficiente.

Hay otros ataques obvios contra esta teoría de otras correcciones no renormalizables, estos no están en la literatura, pensé en ellos mientras escribía las partes negativas de la página de Wikipedia sobre esto:

• CP fuerte: cada término extra de interacción pura-fuerte no renormalizable romperá el CP fuerte de una manera diferente, que no puede ser reparada por axiones. Las restricciones en la violación fuerte de CP son una locura, por lo que necesita una para solucionar esto.
• Correcciones W y Z: estas obtendrían interacciones de condensado no renormalizables (están cerca de la escala de Planck) destruyendo la relación masa/acoplamiento del modelo estándar que se mide con al menos 5 órdenes de precisión.
• Acoplamiento directo quark-lepton: podrías hacer que los leptones se conviertan en quarks a través de una interacción de contacto directo que es la dimensión 6. Además de no ser observado, si recuerdo lo que descubrí hace años correctamente, esto le daría a los neutrinos una masa de condensado de piones, separada . de una masa del mecanismo de Higgs, que sería muchos órdenes de magnitud mayor que la masa del neutrino observada.

Este material, aunque pueda parecer intrincado para un extraño, es tan elemental para la física de partículas que ni siquiera pensé que mereciera una publicación. Esto es lo que obtienes en los informes de los árbitros. Algunas personas intentaron publicar comentarios como este sobre grandes dimensiones extra, pero nadie los escuchó, y cuando no lograron penetrar la nube de engaño de los teóricos fenomenológicos de cuerdas, esto también sirvió como una advertencia para que otros no repitieran la crítica, sino que siguieran adelante. junto con el fraude. No hace falta decir que esto nunca debe volver a suceder.

Debo señalar que, a pesar de este lamentable episodio, la literatura sobre física sigue siendo, con mucho, la literatura intelectualmente más honesta en el mundo académico, sigue siendo un faro de honestidad en campos como la lingüística y la filosofía, donde las ilusiones y la investigación fraudulenta son la regla. no la excepción (esto fue especialmente cierto durante esas edades oscuras recientes).