Niets is vernietigender dan een zwart gat. Alles wat er te dicht bij in de buurt komt wordt onherroepelijk opgeslokt. Zelfs licht ontsnapt niet aan het gat om te vertellen wat er is gebeurd. In het centrum van sterrenstelsels slokken reusachtige zwarte gaten aan de lopende band sterretjes op. Nu is er een machine, gewoon hier op aarde, die deze exotische vreetzakken misschien kan gaan produceren. Levensgevaarlijk zou je zeggen, maar de wetenschappers die de machine bouwden lijken zich nergens zorgen over te maken. Waarom niet? En hebben ze gelijk?
Zwarte gaten
Zwarte gaten zijn objecten met zo’n hoge dichtheid dat de zwaartekracht ze tot een enkel punt ineen duwt. Alles wat binnen een bepaalde straal rondom dat punt komt wordt door de zwaartekracht naar binnen gesleurd. Die straal heet de Schwarzschildstraal en hij hangt af van de massa van het zwarte gat. Hoe zwaarder het zwarte gat, hoe groter de gevarenzone.
De zwartegatenmachine heet de Large Hadron Collider (LHC) en ligt in een grote tunnel onder de grond bij Genève. In die tunnel vliegen sinds bijna een maand twee bundels deeltjes in het rond, met bijna de lichtsnelheid. Die deeltjes zijn protonen, elementaire bouwblokjes van atomen. Ze wegen een miljardste van een miljardste van een miljardste kilo. Elk van de rondsnellende deeltjes heeft ongeveer evenveel energie als een mug. Als twee van die microscopische muggen met een onvoorstelbaar hoge snelheid op elkaar botsen kan er veel gebeuren. In het algemeen leidt zo’n botsing tot een fontein van nieuwe deeltjes. Dat is precies waar de wetenschappers bij het experiment op hopen, want tussen die deeltjes kunnen onontdekte soorten zitten. Maar heel soms, zo rekende een groep natuurkundigen uit, kan het ook dat twee botsende deeltjes een piepklein zwart gat maken. Dat spreekt natuurlijk tot de verbeelding…
Verdampende zwarte gaten
Maar het valt mee, dezelfde redenering die de mini-zwarte gaten voorspelt legt meteen uit dat hun levensduur ongelofelijk kort zou zijn. Die theorie zegt namelijk dat zwarte gaten altijd een beetje energie uitzenden, de zogenaamde Hawkingstraling. De hoeveelheid van die straling is omgekeerd evenredig met de massa van het zwarte gat: hoe kleiner het zwarte gat, hoe meer straling. En omdat, volgens Einstein, massa en energie eigenlijk hetzelfde is, straalt een piepklein zwart gat dus in een fractie van een seconde al zijn massa op. Dag zwart gat.
Het zwartegatenverhaal lijkt dus een storm in een glas water te zijn. De levensduur van de gaatjes is zo kort dat ze niet eens te zien zouden zijn, als ze al gevormd worden. Maar stel nou eens dat er een fout in de theorie zit. Dat is niet heel waarschijnlijk, want over de Hawkingstraling zijn alle wetenschappers het wel zo’n beetje eens. Maar toch, stél dat er bij botsingen in de LHC piepkleine zwarte gaten ontstaan die niet direct verdampen. Kan het dan alsnog gebeuren dat de hele aarde in een oneindig diepe put in elkaar geduwd wordt?
Stofzuiger
Om die vraag te beantwoorden is het belangrijk om te bedenken dat een zwart gat geen stofzuiger is. Alles wat in een zwart gat valt verdwijnt, maar het zwarte gat trekt niet actief dingen naar zich toe. Dat gebeurt hooguit door zwaartekracht, en die is in de ruimte heel belangrijk maar voor kleine deeltjes als protonen bijna verwaarloosbaar. Het zwarte gaatje eet dus alleen de deeltjes op waar hij toevallig tegenaan botst.
Een zwart gat met een massa van twee protonen zou een doorsnede hebben die veel en veel kleiner is dan die van de kleinste deeltjes die het tegen kan komen: andere protonen en neutronen. Als het minigaatje door de aarde heen zou vallen, zou het gemiddeld elke 200 kilometer ergens zo’n deeltje tegenkomen. De deeltjes waar de aarde van gemaakt is hebben een veel lagere energie dan de snelle protonen uit de LHC, en dus ook een massa die heel klein is vergeleken met die van het zwarte gaatje.
Zelfs als het gaatje elke 200 kilometer een proton of een neutron volledig op zou slokken, zou zijn omvang aan het einde van de aardbol hooguit met een procent zijn toegenomen. Op dat punt begint het zwarte gaatje met een reis door de uitgestrekte leegheid van het heelal en zien we het nooit meer terug. En zelfs als het terugvalt richting het midden van de aarde en daar deeltjes op blijft eten kost het drie miljard jaar totdat het zwarte gaatje meer dan één gram zou wegen. Over vijf miljard jaar bereikt de zon het einde van zijn levensduur en is de aarde sowieso verdwenen. Ver voordat een zwart gat uit de LHC groot genoeg kan zijn geworden om een serieuze bedreiging te vormen.
Zwarte gaatjes uit de LHC zullen dus niet het einde van de wereld betekenen. Ook is het sterk de vraag of we ooit aan zullen kunnen tonen dat ze gevormd worden. Wel laten ze zien dat de nieuwe natuurkunde die in de LHC wordt onderzocht zo spannend is dat de hele wereld vol verwondering toekijkt.