De nombreux articles de médias continuent d’entretenir le mythe du trou noir destructeur que pourrait potentiellement créer les collisions de particules au LHC. Alors que la possibilité de la formation d’un trou noir n’est théoriquement pas nécessairement exclue, au regard des caractéristiques physiques mises en jeu, ce dernier ne représenterait aucun danger pour la planète.
Le LHC (Large Hadron Collider) est le collisionneur de particules actuel le plus puissant. Les protons, qui voyagent dans son tunnel circulaire de 27 km à une vitesse de 299’792’455.3 m/s (soit 99.9999991% de la vitesse de la lumière dans le vide), produisent une énergie de collision de 14 TeV.
À ces niveaux d’énergie, le LHC est donc capable de créer toutes les particules prédites par le Modèle Standard :
Avec une énergie de collision de 14 TeV, le LHC est capable de produire toutes les particules du Modèle Standard, même si certaines ne peuvent être détectées qu’indirectement. Crédits : BeyondTheGalaxy
Cependant, tous les trous noirs s’évaporent selon le mécanisme du rayonnement de Hawking, le temps d’évaporation (ou désintégration) étant proportionnel à l’énergie et à la masse du trou noir :
Bien qu’il ne soit encore que théorique, le rayonnement de Hawking est un mécanisme parfaitement cohérent avec les principes de la mécanique quantique. Ainsi, tous les trous noirs s’évaporent progressivement. Les trous noirs les plus denses, et donc les plus petits, s’évaporent le plus rapidement. Crédits : The EU Communicate Science
Une énergie de 14 TeV équivaut à une durée de vie de 10-83 seconde, en d’autres termes, un trou noir de 14 TeV se désintégrerait en 10-83 seconde. C’est 40 ordres de grandeurs en dessous du seuil minimal de stabilité des processus physiques (c’est-à-dire le temps de Planck) :
Avec une énergie de 14 TeV, un trou noir se désintégrerait en 10-83 seconde. Soit une durée de vie inférieure au temps de Planck (5.391×10-44 seconde). La formation d’un trou noir stable au LHC est donc théoriquement interdite par les lois de la mécanique quantique. Crédits : Getty Image
Sur le même sujet :
Des anomalies dans les données du LHC indiquent-elles une nouvelle physique ?
Selon les équations de la relativité générale et les simulations les plus récentes, la masse minimale qu’un trou noir doit posséder pour rester suffisamment stable est de 0.00002 gramme, soit 15 ordres de grandeurs de plus que ce que le LHC est capable de produire :
Une masse minimale de 0.00002 gramme est nécessaire pour pouvoir observer les particules émises par le rayonnement de Hawking à partir d’un trou noir suffisamment stable. En dessous de cette masse, un trou noir se désintègre aussitôt qu’il est apparu. Crédits : E. Siegel
Pour maintenir la relative stabilité d’un trou noir créé au LHC, l’implication d’une nouvelle physique est nécessaire, notamment celle des dimensions supplémentaires :
L’existence de dimensions supplémentaires, comme celles de la théorie des cordes, pourrait théoriquement ramener la durée de vie d’un trou noir créé au LHC à 10-23 seconde. Ainsi, même avec des dimensions supplémentaires de grande taille, un trou noir de 14 TeV demeurerait très instable. Crédits : Université de Berkeley
Et même si un trou noir était effectivement créé au LHC, sa masse serait si faible que ses effets gravitationnels seraient complètement négligeables. En effet, il aurait alors un taux d’absorption de la matière égal à 1.1×10-25 gramme par seconde :
Un trou noir accrète et absorbe toute la matière à proximité de son influence gravitationnelle. Toutefois, même si un trou noir était créé à la surface de la Terre par le LHC et qu’il pénétrait jusqu’au noyau, côtoyant protons, neutrons, électrons en grandes quantités, son taux d’accrétion serait si négligeable qu’il ne représenterait aucun danger pour la planète. Crédits : NASA/CXC/UNH/D.LIN ET AL
Ainsi, il faudrait environ 3 milliards de milliards d’années au trou noir pour atteindre une masse d’1 kg :
La Terre possède une masse d’environ 6×1024 kg. À raison de 1.1×10-25 gramme par seconde, il faudrait 1036 ans au trou noir pour absorber entièrement la Terre. Crédits : Ben Grening/ScieceExploration
Il y aura certainement, si ce n’est pas déjà fait, un auteur de science-fiction ou de catastrophe pour s’intéresser à cette question, pour notre plus grand plaisir d’ailleurs, mais pas de panique, ce ne sera qu’une bonne histoire ou un bon scénario de film à sensation !
humm, un livre de SF s’en approchant : ianos, d’Olivier Berenval.
histoire très sympa, au demeurant.
Bel article, merci.