Jagten på mikroskopiske sorte huller

den energi, der kræves for at et sort hul som det i midten af vores galakse dannes—mængden indeholdt i en døende, super-massiv stjerne, der kollapser i sig selv—er mange gange højere end hvad vi kan opnå i vores jordiske laboratorier.

men hvis visse teorier er korrekte om tyngdekraften, kan der være en måde for fysikere at skabe en meget anden type sort hul—en så lille og flygtig, at dens tilstedeværelse kun kunne udledes af dens virkning på subatomære partikler i en partikeldetektor. Og denne proces kan være inden for rækkevidde af Large Hadron Collider.

ifølge nogle teorier er der mere end blot tre dimensioner af rummet. Eksistensen af ekstra dimensioner ville give et svar på et af de mest fremtrædende mysterier i fysik i dag: hvorfor tyngdekraften er så svag, når de andre grundlæggende kræfter er så stærke. Jo flere dimensioner der er, jo mere tyngdekraft vil fortyndes over stigende afstande. Kraften vil svækkes, når den spreder sig længere væk, men den vil være overraskende stærk på korte afstande.

hvis der for eksempel er 10 dimensioner, skal tyngdekraften formere sig gennem flere mere rumlige dimensioner, end vi kan opdage; det forekommer kun svagt for os, fordi det meste går tabt i de usete dimensioner.

fysikere ved, at det skal tage en vis mængde energi—mere end LHC nogensinde kunne trylle—for at lave et mikroskopisk sort hul. Men hvis tyngdekraften er stærkere, end vi tror, kan den nødvendige energitærskel være inden for rækkevidde af både LHC og kosmisk strålekollisioner med Jordens atmosfære, siger teoretisk fysiker Steve Giddings fra University of California, Santa Barbara.

“det fantastiske ved mikroskopiske sorte huller og ekstra dimensioner er, at der er mange måder at kigge efter dem på,” siger Rutgers University-videnskabsmand John Paul Chou, der fungerer som co-convener for eksotica physics group ved CMS-eksperimentet ved LHC. “Men LHC er den reneste, mest oplagte måde at skabe og finde dem på.”

når to partikler rammer dead-on tæt på lyshastigheden, koncentreres en lille mængde energi i høj grad til et lille rum. Hvis der findes ekstra dimensioner, kan kollisionen afsløre tyngdekraftens skjulte styrke; energien og densiteten kan være høj nok til at smelte sammen i et mikroskopisk sort hul.

et mikrosort hul ville være for lille og kortvarigt til at have stor indflydelse på omgivelserne. Forskernes eneste ledetråd ville være en udbrud af ekstra partikler (afbildet i hændelsesdisplayet på højre side af vægmaleriet afbildet ovenfor). Men dens virkning på vores forståelse af naturen på kvanteniveau ville være enorm. Hvis fysikere producerede mikroskopiske sorte huller ved LHC, ville de have bevis for, at der er mere end tre dimensioner af rummet.

forskere ser, men indtil videre har de ikke fundet tegn på mikroskopiske sorte huller, siger Chou. “Så enten eksisterer de ikke, eller de er så sjældne, vi har ikke produceret en endnu.”

forskere kunne søge efter ekstra dimensioner på andre måder, såsom at søge efter tungere versioner af kendte partikler, der kun kunne eksistere, hvis der var mere end tre dimensioner, eller på udkig efter bevis for gravitoner, tyngdekraftens hypotetiske kraftbærer, der er undsluppet i andre dimensioner og efterladt et tomt område i detektorerne.

men hvis mikro sorte huller ikke viser på LHC, når det vender tilbage ved højere energi i 2015, skal fysikere tilpasse deres teorier og tilgange.

“det udelukker ikke nogen teori i sig selv,” siger Chou, “men det vil stærkt begrænse dem, som det allerede har gjort med det seneste 2010 til 2012-løb på LHC.”

uanset om vi ser mikroskopiske sorte huller på LHC, lærer vi noget nyt om naturen.

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.