Esta podría ser la forma en que el mundo termina.

Primero, un par de protones cósmicos se aplastan a velocidades inimaginables. La tremenda energía de su choque crearía un agujero negro pequeño y efímero, tan pequeño que duraría solo una fracción de segundo antes de evaporarse.

Donde estaba el agujero negro, una burbuja de espacio con leyes de la física completamente diferentes a las del universo que habitamos comenzaría a crecer, expandiéndose siempre hacia afuera a la velocidad de la luz. En su estela, los átomos se desintegrarían y el universo, tal como lo conocemos, desaparecería de la existencia.

“Si estás cerca cuando la burbuja comienza a expandirse, no la verás venir”, dice Katie Mack, una física de la Universidad Estatal de Carolina del Norte en Raleigh. “Si viene hacia ti desde abajo, tus pies dejan de existir antes de que tu mente se dé cuenta de eso”.

Esa película de terror solo puede suceder si el universo tiene al menos una dimensión adicional, sobre tres de espacio y una de tiempo.

Pero esto no es la forma en que el mundo termina, al menos no lo ha hecho todavía.

Y así, el hecho de que el universo no haya sido destruido por la evaporación de los agujeros negros pone límites estrictos en el tamaño de las dimensiones adicionales Si es que existe alguno, Mack y Robert McNees, de la Loyola University Chicago, afirman en un artículo publicado en línea en arXiv.org el 13 de septiembre.

Los científicos aún tienen que encontrar evidencia de dimensiones adicionales, una falta que sugiere que las reales deben ser minúsculas. Pero su existencia podría ayudar a explicar misterios como la energía oscura y la materia oscura, y señalar el camino hacia una nueva física. Más allá del modelo estándar de física de partículas. (SN: 29/9/18, p. 18) , por lo que los físicos están ansiosos por probar sus propiedades de la manera que puedan.

Incluso pequeñas dimensiones adicionales podrían tener una influencia en el universo, sospechan los físicos. Por ejemplo, la gravedad podría filtrarse en estas dimensiones adicionales, tal vez explicando por qué aparece esa fuerza mucho más débil que las otras fuerzas fundamentales (SN: 29/9/18, p. 8) .

Esa fuga también podría bajar la barra para crear agujeros negros en miniatura; a la pequeña distancia que afectan las dimensiones adicionales, la gravedad parecería mucho más fuerte. “Si tiene estas dimensiones adicionales, no necesita obtener tanta materia en un espacio tan pequeño para hacer un agujero negro como lo haría sin las dimensiones adicionales”, dice Mack.

Es por eso que algunas personas pensaron que la El gran Colisionador de Hadrones en el CERN cerca de Ginebra podría hacer pequeños agujeros negros cuando se encendió en 2008, pero hasta ahora ninguno ha aparecido (SN Online: 24/6/08) .

Sin embargo, la naturaleza puede colisionar partículas con energías aún más altas. Los más altos se encuentran en rayos cósmicos de energía ultraalta , protones que se deslizan entre galaxias con energías superiores a 8 mil millones de millones de voltios de electrones. (SN: 10/14/17, p. 7) . Eso es 100 millones de veces más alto que las energías producidas por el LHC. Si las colisiones entre esas partículas han hecho algún agujero negro, entonces los físicos podrían resolver el alcance gravitatorio de cualquier dimensión adicional, o qué tan cerca tienes que llegar a un objeto antes de que la gravedad comience a actuar de manera extraña.

Este escenario tiene un lado oscuro. Según una teoría expuesta por primera vez por Stephen Hawking En la década de 1970, la energía se irradia desde un agujero negro hasta que este desaparece. (SN: 4/14/18, p. 12) . Cuanto más pequeño es el agujero negro, más rápido se evapora, de modo que cualquier agujero negro hecho por los rayos cósmicos en colisión se derrumbaría casi instantáneamente, o eso dice la teoría.

Eso podría ser una mala noticia para el universo. En 2015, la física teórica Ruth Gregory de la Universidad de Durham en Inglaterra y sus colegas demostraron matemáticamente que cuando los agujeros negros se evaporan, pueden empujar el universo en un estado en el que las leyes de la física son tan diferentes que los átomos ya no se mantienen unidos.

“No pueden existir estructuras”, dice Mack. “Simplemente desapareceríamos de la existencia”.

Esta catástrofe se llama decadencia de vacío. Se basa en la idea de que la naturaleza fundamental del universo, llamada su estado de vacío, podría no ser la más estable posible. Podría haber otra configuración de leyes físicas, el verdadero vacío, que se encuentra en un estado de menor energía.

Gregory y sus colegas argumentaron que la evaporación de los agujeros negros podría proporcionar la protuberancia necesaria para crear una burbuja de este verdadero vacío. Y una vez que exista un verdadero vacío, el espacio a su alrededor querría unirse al verdadero vacío. La burbuja se expandiría hacia el exterior a la velocidad de la luz, llevándose consigo el universo conocido.

“Los agujeros negros son bastante traviesos”, dice Gregory. “Ellos realmente quieren sembrar la descomposición al vacío. Es un proceso muy fuerte, si puede continuar “.

Ese conjunto de ideas conduce a una paradoja, se dieron cuenta Mack y McNees. Las colisiones entre rayos cósmicos de energía ultraalta “deberían haber ocurrido miles de veces”, dice McNees. Si existen dimensiones adicionales, y si son lo suficientemente grandes como para que los rayos cósmicos de energía ultraalta puedan hacer mini agujeros negros, entonces la descomposición por vacío ya debería haber ocurrido. El hecho de que estemos aquí para preguntárnoslo significa que las dimensiones adicionales, si existen, deben ser incluso más pequeñas de lo que se pensaba anteriormente.

Mack y McNees calcularon que las dimensiones adicionales deben ser más pequeñas que aproximadamente 16 nanómetros, o mil millonésimas de metro. En otras palabras, la influencia gravitacional de las dimensiones adicionales se extendería solo hasta allí. Eso es cientos de veces más pequeño que las mejores estimaciones anteriores y descarta algunas de las teorías que permiten que la gravedad se filtre hacia dimensiones adicionales.

El análisis es divertido y completo, dice el cosmólogo Ian Moss, de la Universidad de Newcastle en Inglaterra, quien trabajó con Gregory en el artículo de 2015. Pero le preocupa que Mack y McNees hagan demasiadas suposiciones sobre qué condiciones conducirían a la descomposición por vacío.

“Realmente no se puede decir que estos límites son totalmente convincentes”, dice. “No hay nada malo, pero hay muchos si”.