¿Quarks cayendo en un agujero negro?

Question

Todo lo que sé sobre los quarks es que forman los protones y los neutrones y que realmente no puedes separar un par de quarks, simplemente acabas con 2 pares de quarks porque toda la energía que has añadido se convierte en 2 nuevos quarks.

Todo lo que sé sobre los agujeros negros es que los objetos que caen en ellos son separados por fuerzas de marea, ya que la gravedad en el extremo cercano es más fuerte que en el extremo lejano del objeto. Al final, la materia es separada en átomos individuales.

Así que estaba pensando en lo que ocurre cuando un par de quarks cae en un agujero negro. Los quarks tienen masa, por lo que deberían verse afectados por la gravedad y ser arrastrados. Si los pares de quarks pueden espaguetizarse, en algún momento se separarán generando dos pares de quarks en lugar de uno. Si se permitiera que este proceso continuara, tendríamos infinitos quarks.

Aquí es donde creo que he cometido un error. Si los agujeros negros pudieran fabricar infinitos quarks, su masa debería aumentar con el tiempo a medida que la energía gravitatoria se convierte en nuevos quarks. Esta masa extra debería aumentar la fuerza gravitatoria del agujero negro, incrementando su capacidad de atraer nueva materia y de dividir pares de quarks. Si esto fuera cierto, los agujeros negros podrían ganar masa incluso sin absorber nueva materia. Parecen violaciones flagrantes de la conservación de la masa y la energía, pero no sé lo suficiente de física avanzada como para averiguar en qué me he equivocado. Esperaba que alguien de aquí pudiera decírmelo.

Answer 1

Como en todas las extrapolaciones, se llega a un punto en el que se rompen.

En el caso de un agujero negro singular y de tripletes de quarks (neutrones y protones, los pares son quark-antiquark, es decir, mesones) que caen en un agujero negro, los neutrones y protones que caen adquieren energía de la energía gravitatoria del agujero negro y en algún punto de la energía empezarán a interactuar entre sí. La fuerza fuerte producirá pares quark-antiquark, es decir, mesones, y otros pares partícula-antipartícula. A medida que se gana más energía con la caída, la masa que interactúa fuertemente alcanzará el plasma de quarks y gluones escenario :

El plasma de quarks-gluones (QGP) o sopa de quarks es una fase de la cromodinámica cuántica (QCD) que, según la hipótesis, existe a temperaturas o densidades extremadamente altas, o a ambas. Se cree que esta fase está formada por quarks y gluones asintóticamente libres, que son varios de los componentes básicos de la materia. Se cree que hasta unos pocos milisegundos después de la Big Bang el Universo estaba en un estado de plasma de quark-gluón.

El plasma de quarks y gluones se estudia actualmente en el interacciones fuertes de los iones en el LHC:

El detector ALICE del LHC se utiliza para estudiar las propiedades del Plasma de Quark-Gluón producido en las colisiones de iones pesados

La energía de este plasma es la energía de las masas en reposo de las partículas en caída más la energía ganada por la caída. No hay exceso en el sentido que usted piensa. Habrá tantos quarks y gluones como permita la logística, nada de infinitos.

Answer 2

Imagino que la energía que atrae al par de quarks hacia el agujero negro es energía intrínseca (es decir, procede del agujero negro), y los quarks creados por "espaguetización" sólo serían proporcionales a la energía que tira de ellos. Por lo tanto, dado que la energía es igual a la masa y viceversa, esta nueva masa no se crearía, sino que se transformaría a partir de la energía del agujero negro. El agujero negro nunca gana más masa/energía que el par de quarks original porque ya contenía la masa/energía en su sistema que luego se crearía en más pares de quarks. Espero que tenga sentido