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“If you plan to make a voyage of discovery, choose a ship of small draught”
 
Captain James Cook rejecting the large ships offered by the Admiralty for the search of a new continent.
Mass of black holes with matter fields: Lessons from three dimensions PDF Print E-mail

Theoretical physicists at CECs reveal a new three-dimensional black hole, which permit a more general approach to the determination of black hole masses in presence of matter.

 

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The analytical solution developed by CECs physicists was published recently in PHYSICAL REVIEW D, and is part of the research on couplings of matter to black holes. In particular, the study considered the conformal coupling of a spin 0 field, so-called “scalar field” and of a spin 1 field, known as “gauge field”, in spacetimes with negative cosmological constant in three dimensions.

 

Marcela Cárdenas, a PhD student at CECs Theoretical Physics Laboratory, supervised by Cristián Martínez, states that “this research was performed in the context of a three dimensional gravitational theory, which is, in principle, a ‘toy model’ because it does not contain the four known spacetime dimensions”. Models and solutions in three-dimensional spacetimes have been very useful from a theoretical point of view, given that they can provide systems that are simpler to analyze than their analogues in four dimensions, and that despite the dimensional reduction, they still hold the physical properties that are desirable for study in four dimensions.

 

The paper reports an “exact black hole solution in three dimensions” endowed with a scalar field and a gauge field with “conformal coupling”. In other words, “gravity” is connected to the simplest field of matter (scalar field) and electric charge “where the action of matter” of the theory has an additional symmetry that is the conformal symmetry, i.e. the invariance under scale transformations, indicates Marcela Cárdenas.

 

“The term ‘conformal coupling’ refers to the fact that the energy-momentum tensor of matter has null trace, it vanishes, as a product of the invariance under scale transformations of the Lagrangian of matter. On introducing this property into the Lagrangian of matter fields, we obtain a family of black hole solutions that are endowed with electric charge and a regular scalar field outside the event horizon”, adds Óscar Fuentealba, theoretical physicist and PhD student of the Physics Lab.

 

The published article also contains a detailed analysis of the behaviour of the gravitational field and the matter fields in the region that corresponds to spatial infinity, and of boundary conditions that allow computation of the conserved charges of the black hole solution, in this case its mass and electric charge. The effect of boundary conditions on the matter fields illustrates what could occur in four or higher dimensions.

 

The work also investigates the thermodynamics of these types of solutions and explicitly shows that the conserved charges of these black holes obey the first law of thermodynamics.

 

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Reference: Cárdenas, M; Fuentealba, O.; Martínez, C. (2014): Three-dimensional black holes with conformally coupled scalar and gauge fields Phys. Rev. D 90, 124072 – Published 24 December 2014 DOI: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevD.90.124072

 

 
 
El Centro de Estudios Científicos (CECs) es una corporación de derecho privado, sin fines de lucro, dedicada al desarrollo, fomento y difusión de la investigación científica. El CECs fue fundado en 1984 como el Centro de Estudios Científicos de Santiago donde funcionó en una casa arrendada hasta el año 2000, momento en el que se mudó a Valdivia donde evolucionó para llegar a ser lo que es hoy. Desde su fundación el CECs ha sido dirigido por el físico Claudio Bunster.

Luego de treinta y seis años de existencia, el CECs ha decidido renovar su sitio web, el cual se encuentra actualmente en construcción. En el intertanto las consultas pueden ser dirigidas a info@cecs.cl.

Lo que sigue es un extracto de un folleto que fue producido justo después de que el centro se trasladara a Valdivia. Sentimos que estas palabras aún reflejan su espíritu:
 

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Una pequeña banda de investigadores del Centro de Estudios Científicos (CECs) en Valdivia, Chile, comparte un sueño audaz, anticuado en esta era de la Gran Ciencia – la búsqueda irrestricta del conocimiento, en un pequeño instituto independiente de investigación de primera calidad. Sus miembros se han reunido durante un lapso de tiempo que abarca ya, más de un cuarto de siglo, para emprender una aventura intelectual que es riesgosa, estimulante y tremendamente productiva.
 
Ubicado entre los Andes y el Pacífico, en esta pequeña ciudad del sur, el CECs es uno de los pocos institutos en el mundo que trabajan en investigación de vanguardia en múltiples disciplinas, sin recibir recursos o estar afiliada a ninguna institución anfitriona. Sus investigadores son libres para desarrollar su mejor ciencia con independencia de las modas y sin restricciones burocráticas, en una atmósfera de colaboración y apoyo mutuo. El fruto de este esfuerzo se traduce en un flujo permanente de ideas innovadoras, con estudiantes altamente capacitados y resultados que son publicados en revistas especializadas. El Centro ha demostrado lo errado de los prejuicios y escepticismo relacionados con su pequeño tamaño, al ubicar a Chile, con la capacidad de sus integrantes y audaz estrategia, en el mapa mundial de la ciencia, revolucionando de paso el modelo tradicional de estructurar la ciencia en Chile y mostrando – con su ejemplo – cómo “lograr más con menos”. Sus investigadores hablan en tono de curiosidad, maravilla y ocasionalmente orgullo al describir su emocionante viaje por aguas inexploradas.
 
La estrategia del CECs es sustentar un entorno científicamente rico donde la ciencia y los científicos son lo primordial – atrayendo a las mejores personas, apoyándolos adecuadamente y ofreciéndoles libertad para perseguir sus sueños.
La actual tripulación del centro es la siguiente: