Nuevos estudios muestran cómo la ley de conservación de la carga podría romperse cerca del agujero negro

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Gratus et al. propusieron una forma en que las singularidades podrían violar la ley de conservación de la carga. Crédito de la imagen: Sci-News.com.

 

Singularidades temporales y axiones: Una solución analítica que desafía la conservación de la carga 

Se construye una solución analítica para los campos electromagnéticos que interactúan con un campo axión que viola la conservación global de la carga. A pesar de proporcionar un ejemplo específico en el que la "física se rompe" en una singularidad, se demuestra que las leyes físicas del espaciotiempo circundante siguen imponiendo restricciones a lo que se permite que ocurra. La construcción es válida para un espaciotiempo que contiene una singularidad temporal y una electrodinámica maxwelliana que contiene un campo axión "topológico" propuesto. Además, los conceptos de la óptica de transformación pueden aplicarse para mostrar que nuestra solución matemática específica tiene una aplicabilidad mucho más amplia.

La conservación de la carga dice que la carga eléctrica total de cualquier sistema aislado -incluido el Universo en su conjunto- nunca cambia.

Esto significa que si las partículas con carga negativa o positiva se mueven hacia un área, la misma cantidad de partículas con carga respectiva debe salir.

Esto se ha demostrado en las escalas más pequeñas: cuando se crean o eliminan diferentes partículas en experimentos como el Gran Colisionador de Hadrones del CERN, siempre se produce o destruye la misma cantidad de partículas con carga negativa y positiva, respectivamente.

Al modificar las ecuaciones clásicas de la física para incluir los axiones, un candidato a partículas de materia oscura, el profesor McCall y sus colegas pudieron demostrar que las singularidades temporales -como los agujeros negros que aparecen y luego se evaporan- podrían destruir la carga cuando llegan al final de su vida.

Las propiedades predichas de los axiones podrían formar un campo que interactuaría con el tipo de campos que los físicos conocen desde hace siglos: los campos electromagnéticos, que se describen mediante un conjunto de ecuaciones llamadas ecuaciones de Maxwell.

Utilizando una rama de las matemáticas llamada geometría diferencial, los investigadores descubrieron cómo crear o destruir carga, violando la conservación de la carga del Universo.

"Se puede imaginar la creación de una 'bomba de axión' que conserve la carga mediante la combinación de campos magnéticos y de axión acoplados; y luego dejarla caer en un agujero negro en evaporación", dijo el Dr. Jonathan Gratus, investigador del Departamento de Física de la Universidad de Lancaster y del Instituto Cockcroft.

"A medida que la construcción se encoge y desaparece en la singularidad, se lleva consigo la carga eléctrica. La combinación de una singularidad temporal y un tipo de campo axión recientemente propuesto es crucial para su éxito."

"También hay implicaciones filosóficas", añadió el Dr. Paul Kinsler, investigador del Departamento de Física de la Universidad de Lancaster, del Departamento de Física del Imperial College de Londres y del Instituto Cockcroft.

"Aunque a la gente le suele gustar decir que 'la física se rompe', aquí demostramos que, aunque puedan producirse fenómenos exóticos, lo que realmente ocurre está, sin embargo, limitado por las leyes de la física que aún funcionan en torno a la singularidad".

Fuentes, créditos y referencias:

El trabajo del equipo se ha publicado en la revista Annalen der Physik.