Quelltext der Seite Micro Black Hole

Du bist aus dem folgenden Grund nicht berechtigt, die Seite zu bearbeiten:
Diese Aktion ist auf Benutzer beschränkt, die der Gruppe „Benutzer“ angehören.
Du kannst den Quelltext dieser Seite betrachten und kopieren.
Das '''Micro Black Hole''' (englisch für „Mikro-Schwarzes Loch“) ist ein [[hypothese|hypothetisches]], sehr kleines und leichtes [[Schwarzes Loch]].

Mitte der 1970er Jahre stellte [[Roger Penrose]] die Vermutung auf, Schwarze Löcher könnten auch im Labor erzeugt werden. Es gibt Theorien, nach denen es möglich ist, mit dem [[Large Hadron Collider]] (LHC), der am 10.&nbsp;September 2008<ref>''[http://press.cern/press-releases/2008/09/first-beam-lhc-accelerating-science First beam in the LHC - accelerating science].'' CERN Press Office, 10. September 2008 (Pressemeldung).</ref> in Betrieb genommen wurde, solche Schwarzen Löcher bis zu einmal pro Sekunde zu erzeugen. Dies setzt jedoch die Existenz zusätzlicher kompakter [[Raum (Physik)|Raumdimensionen]] voraus, welche u.&nbsp;a. von bestimmten Modellen der [[Stringtheorie]] vorhergesagt werden.

Solche Schwarzen Löcher wären nicht vergleichbar mit stellaren Schwarzen Löchern, die kosmologisch beobachtet werden. Ihre Ausmaße lägen in der Größenordnung von [[Elementarteilchen]]. Auf Grund von [[Quantenphysik|Quanteneffekten]] ([[Hawking-Strahlung]]) würden sie höchstwahrscheinlich sehr kurze Zeit nach ihrer Entstehung schon wieder zerstrahlen. Die dabei entstehenden Elementarteilchen könnten mittels [[Teilchendetektor]]en nachgewiesen werden. Gemäß dem aktuellen Stand der Forschung auf diesem Gebiet wären die entstehenden [[Teilchenschauer]] ({{lang|en|Jets}}) [[Isotropie|isotrop]]er verteilt als diejenigen, die beim Zusammenstoß hochenergetischer Teilchen entstehen, und daher von ihnen zu unterscheiden.

== Existenz ==
Alle Größen sind in [[Natürliche Einheiten|Natürlichen Einheiten]] angegeben.

Entsprechend der Theorie Schwarzer Löcher sind [[Ereignishorizont|Schwarzschild-Radius]] und Masse eines Schwarzen Lochs proportional zueinander. Da man davon ausgeht, dass unterhalb der [[Planck-Einheiten|Planck-Länge]] Quanteneffekte dominant werden und keine stabilen Schwarzen Löcher mehr existieren können, gibt es damit auch eine untere Grenze für die Masse eines Schwarzen Loches, welche 10<sup>16</sup>&nbsp;[[Elektronenvolt|TeV]] (10<sup>−8</sup>&nbsp;kg&nbsp;=&nbsp;0,01&nbsp;mg) beträgt. Dies lässt die Erzeugung Schwarzer Löcher im Labor erst einmal unmöglich erscheinen, da die maximal erreichbare Energie im größten Teilchenbeschleuniger (dem LHC) nur einige TeV beträgt, also 16&nbsp;Größenordnungen zu wenig.

Dieses Bild verändert sich allerdings, wenn man die Theorie um so genannte {{lang|en|''large extra dimensions''}} (dt. „große zusätzliche Dimensionen“) erweitert. Darunter versteht man [[kompakter Raum|kompakte]] zusätzliche Raumdimensionen, wobei das „groß“ (deutlich unter einem Millimeter, noch größere sind bereits durch Beobachtungen ausgeschlossen) hier in Relation zu anderen Theorien zu verstehen ist. Solche Zusatzdimensionen ergeben sich natürlicherweise in sehr vielen Modellen der Stringtheorie.

Unter dieser Voraussetzung verändert sich das [[Gravitationsgesetz]], sobald man Energien erreicht, welche dem Radius dieser Extradimensionen entsprechen. Dies verändert auch die Massenskala, oberhalb derer die Existenz Schwarzer Löcher möglich ist:
:<math>m_\text{p}^2=m_\text{f}^{d+2}R^d</math>,
wobei <math>m_\text{p}</math>&nbsp;die [[Planck-Skala|Planck-Masse]] ist, <math>d</math>&nbsp;die Anzahl der zusätzlichen Dimensionen, <math>m_\text{f}</math>&nbsp;die neue fundamentale Massenskala und <math>R</math>&nbsp;der Radius der Extradimensionen.

Nimmt man z.&nbsp;B. an, dass drei Zusatzdimensionen mit einem Radius von ca. 1&nbsp;eV<sup>−1</sup> existieren, ergibt sich eine Masse von ca. 0,16&nbsp;TeV für die effektive Planckmasse und damit die Möglichkeit, Schwarze Löcher im Labor herzustellen.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass Schwarze Löcher bei der Kollision [[Kosmische Strahlung|kosmischer Strahlung]] mit Bestandteilen der [[Erdatmosphäre]] entstehen. Dies konnte bislang nicht nachgewiesen werden, Fortschritte lassen sich zukünftig vielleicht durch das 2004 in Betrieb gegangene [[Pierre-Auger-Observatorium]] erzielen.

== Lebenszeit ==
Die Lebenszeit solcher kleinen Schwarzen Löcher wäre vermutlich sehr kurz, weil sie, wie wahrscheinlich alle Schwarzen Löcher, durch  die Hawking-Strahlung an Masse verlieren und schließlich verdampfen sollten. Da die Lebenszeit proportional zur dritten Potenz der Masse ist, ergibt sich bei kleinen Schwarzen Löchern eine nicht beobachtbar kurze Lebenszeit. Nachweisbar wären sie potenziell durch die bei ihrem Zerfall entstehenden Elementarteilchen. Allerdings ist nicht eindeutig geklärt, ob der Hawking-Effekt ohne Modifikation auch in diesem Fall anwendbar ist, da seine Herleitung auf einer vernachlässigbaren Krümmung des [[Ereignishorizont]]es beruht, d.&nbsp;h. auf „hinreichend“ großer Masse.

Man geht davon aus, dass der Zerfall in mehreren Phasen stattfindet. Wie dies genau vor sich geht und ob es ein „Relikt“ gibt oder der Zerfall vollständig stattfindet, ist Gegenstand aktueller Forschung und nicht abschließend geklärt. So wird zurzeit im LHC die mögliche Entstehung und der Zerfall untersucht.

== Literatur ==
=== Populärwissenschaftlich ===
* [[Ulf von Rauchhaupt]]: ''[http://www.faz.net/aktuell/feuilleton/buecher/hochenergiephysik-in-anderen-dimensionen-1331849.html In anderen Dimensionen].''  Frankfurter Allgemeine Sonntagszeitung, 14. Mai 2006 S. 74–75.
* Bernard J. Carr, Steven B. Giddings: ''Schwarze Löcher im Labor.'' In: ''Spektrum der Wissenschaft.'' September 2005 S. 32.
* Norbert Frischauf: ''[http://www.der-orion.com/universum/alpha-und-omega/236-weltuntergang-am-cern Weltuntergang am CERN? Von Energien, Dimensionen und schwarzen Löchern …]'' Online Magazin ''Der Orion''.

=== Reviews ===
* {{Literatur|Herausgeber=G. W. Gibbons, E. Paul S. Shellard|Sammelwerk=The future of theoretical physics and cosmology: celebrating Stephen Hawking’s 60th birthday|Verlag=Cambridge University Press|ISBN=0-521-82081-2|Jahr=2003|Autor=Steven B. Giddings|Titel=Black Holes at Accelerators|arxiv=hep-th/0205027|Seiten=278–291}}
* {{Literatur|Autor=Panagiota Kanti|Titel=Black Holes in Theories with Large Extra Dimensions: a Review|Sammelwerk= Int.J.Mod.Phys.|Band=A19|Seiten=4899–4951|Jahr=2004|DOI=10.1142/S0217751X04018324|arxiv=hep-ph/0402168}}
* {{Literatur|Autor=Sabine Hossenfelder|Titel=What Black Holes Can Teach Us|Jahr=2004|arxiv=hep-ph/0412265}} 

=== Originalliteratur (Auswahl) ===

Zur Hawkingstrahlung:
* {{Literatur|Autor=[[Stephen Hawking]]|Titel=Particle creation by black holes|Sammelwerk=Communications in mathematical physics|Band=43|Nummer=3|Jahr=1975|Seiten=199–220|Online=[http://projecteuclid.org/euclid.cmp/1103899181 Open Access]}}
* {{Literatur|Autor=Stephen Hawking|Titel=Breakdown of predictability in gravitational collapse|Sammelwerk=Physical Review D|Band=14|Nummer=10|Jahr=1976|Seiten=2460–2473 |DOI=10.1103/PhysRevD.14.2460}}

Zur möglichen Produktion in Beschleunigern:
* {{Literatur|Autor=[[Ignatios Antoniadis]], [[Nima Arkani-Hamed]], [[Savas Dimopoulos]], [[Gia Dwali]]|Titel=New dimensions at a millimeter to a fermi and superstrings at a TeV|Sammelwerk=Physics Letters B|Band=436|Nummer=3–4|Jahr=1998|Seiten=257–263|DOI=10.1016/S0370-2693(98)00860-0|arxiv= hep-ph/9804398}}
*{{Literatur|Autor=Roberto Casadio, Benjamin Harms|Titel=Black hole evaporation and large extra dimensions|Sammelwerk=Physics Letters B|Band=487|Nummer=3–4|Jahr=2000|Seiten=209–214|DOI=10.1016/S0370-2693(00)00840-6|arxiv=hep-th/0004004}} 
* {{Literatur|Autor=Savas Dimopoulos, Greg Landsberg|Titel=Black holes at the large hadron collider|Sammelwerk=Physical Review Letters|Band=87|Nummer=16|Jahr=2001|Seiten=161602|DOI=10.1103/PhysRevLett.87.161602|arxiv=hep-ph/0106295}}

Zur möglichen Produktion durch kosmische Strahlung:
* {{Literatur|Autor=Jonathan L. Feng, Alfred D. Shapere|Titel=Black hole production by cosmic rays|Sammelwerk=Physical Review Letters|Band=88|Nummer=2|Jahr=2001|Seiten=21303|DOI=10.1103/PhysRevLett.88.021303|arxiv=hep-ph/0109106}}

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Allgemeine Relativitätstheorie]]
Zurück zur Seite Micro Black Hole.
Abgerufen von „https://www.cosmos-indirekt.de/Physik-Schule/Micro_Black_Hole“