Il paradosso dell’informazione dei buchi neri potrebbe aver trovato una via d’uscita, e arriva da una direzione inaspettata. Un gruppo di fisici ha proposto che i buchi neri, invece di svanire del tutto, si fermino un istante prima della fine lasciando dietro di sé minuscoli frammenti capaci di custodire tutte le informazioni che avevano inghiottito. La stessa geometria a sette dimensioni che sta alla base di questa idea potrebbe perfino spiegare perché le particelle elementari abbiano una massa.
La storia parte da lontano, dagli anni Settanta e dal lavoro di Stephen Hawking. Con i suoi calcoli semiclassici, Hawking dimostrò che i buchi neri non sono davvero neri fino in fondo. Emettono una debole radiazione che, poco alla volta, ne prosciuga l’energia. Risultato: si restringono e alla fine spariscono. Peccato che questo crei un bel problema. La meccanica quantistica dice chiaramente che l’informazione non può essere distrutta. Ma se un buco nero evapora completamente, dove finiscono tutte le informazioni sulla materia che ci è caduta dentro? Ecco il nodo. È da qui che nasce il paradosso dell’informazione.
Il nuovo studio, guidato da Richard Pinčák e pubblicato su General Relativity and Gravitation, prova a sciogliere quel nodo guardando alla geometria di un universo a più dimensioni.
Dimensioni nascoste e spaziotempo che si attorciglia
Il gruppo ha lavorato su una versione della gravità chiamata teoria di Einstein-Cartan, formulata in 7 dimensioni su una struttura matematica nota come varietà G2 con torsione. La differenza con la Relatività Generale di Einstein è sottile ma potente. Se la teoria classica descrive uno spaziotempo che può piegarsi e curvarsi, la teoria di Einstein-Cartan permette anche che lo spaziotempo si attorcigli. Questo attorcigliamento prende il nome di torsione.
Secondo il modello, la torsione diventa decisiva alle densità estreme legate alla scala di Planck. In quelle condizioni genera una forza repulsiva che si oppone al collasso gravitazionale. E qui arriva il punto interessante: quella spinta repulsiva riesce a bloccare l’ultima fase dell’evaporazione di Hawking. Al posto di sparire, il buco nero lascerebbe un residuo stabile, con una massa stimata attorno a 910-41 kg.
Se un buco nero non svanisce mai del tutto, la domanda viene da sola: che fine fanno le informazioni? La risposta dei ricercatori è che il residuo funziona come un archivio a lungo termine. L’informazione verrebbe conservata attraverso uno spettro di modi quasi normali legati alla struttura del residuo stesso, una sorta di vibrazioni di lunga durata del campo di torsione. I loro calcoli suggeriscono che un residuo lasciato da un buco nero con la massa del Sole potrebbe immagazzinare qualcosa come 1,5151077 qubit di informazione. Abbastanza, dicono, per salvare tutto il salvabile e chiudere il paradosso.
Un ponte verso il campo di Higgs
Lo studio non si ferma ai buchi neri. Va a toccare anche la fisica delle particelle. I ricercatori sostengono che riducendo la geometria da 7 a 4 dimensioni, quelle dello spaziotempo che sperimentiamo ogni giorno, salta fuori in modo naturale la scala elettrodebole, attorno ai 246 GeV. È un valore molto vicino al campo di Higgs, quello che dà massa alle particelle elementari. Nel modello, il valore di aspettazione del vuoto del campo di torsione viene identificato proprio con questa scala. Lo stesso meccanismo geometrico che impedisce ai buchi neri di evaporare del tutto potrebbe quindi offrire una spiegazione al problema della gerarchia delle masse, una delle grane più vecchie della fisica.
Resta un dubbio ovvio: se le dimensioni extra contano così tanto, perché nessuno le ha mai viste? Secondo lo studio le particelle collegate a queste dimensioni, le eccitazioni di Kaluza-Klein, avrebbero masse intorno a 8,61015 GeV. Un’energia circa sette ordini di grandezza oltre ciò che il Large Hadron Collider può raggiungere. Fuori portata per gli acceleratori di oggi, insomma, ma non per questo impossibile da verificare.
Gli autori puntano su altre strade. I residui stabili potrebbero contribuire alla materia oscura, e captare gli effetti gravitazionali di questi “relitti planckiani” darebbe un sostegno diretto alla teoria. Il modello prevede anche una firma matematica distinta nel modo in cui l’informazione si codifica nelle vibrazioni dei residui, qualcosa che lo separa dalle idee concorrenti. E poiché le energie in gioco sono tipiche dell’universo primordiale, tracce della geometria a 7 dimensioni potrebbero essersi conservate nella radiazione cosmica di fondo o nelle onde gravitazionali primordiali.