Mikroskooppisten mustien aukkojen metsästys

se energia, joka tarvitaan galaksimme keskustassa olevan kaltaisen mustan aukon muodostumiseen—määrä, joka sisältyy kuolevaan, itseensä luhistuvaan supermassiiviseen tähteen-on monta kertaa suurempi kuin mitä voimme saavuttaa maan laboratorioissamme.

kuitenkin, jos tietyt teoriat pitävät paikkansa painovoiman luonteesta, fyysikoilla saattaa olla keino luoda hyvin erityyppinen musta aukko—sellainen, joka on niin pieni ja ohikiitävä, että sen olemassaolo voidaan päätellä vain sen vaikutuksesta hiukkasilmaisimessa oleviin atomia pienempiin hiukkasiin. Tämä prosessi voi olla Large Hadron Colliderin ulottuvilla.

joidenkin teorioiden mukaan avaruudessa on muutakin kuin vain kolme ulottuvuutta. Ylimääräisten ulottuvuuksien olemassaolo tarjoaisi vastauksen yhteen fysiikan tämän hetken huomattavimmista mysteereistä: miksi painovoima on niin heikko, kun muut perusvoimat ovat niin vahvoja. Mitä enemmän ulottuvuuksia on, sitä enemmän painovoima laimenee kasvavilla etäisyyksillä. Voima heikkenee hajaantuessaan kauemmas, mutta se on yllättävän voimakas lyhyillä etäisyyksillä.

jos ulottuvuuksia on esimerkiksi 10, gravitaatiovoiman on edettävä useiden avaruudellisten ulottuvuuksien kautta kuin voimme havaita; se vaikuttaa meistä heikolta vain siksi, että suurin osa siitä katoaa näkymättömiin ulottuvuuksiin.

fyysikot tietävät, että mikroskooppisen mustan aukon tekemiseen pitäisi kulua tietty määrä energiaa—enemmän kuin LHC voisi koskaan loihtia. Mutta jos painovoima on voimakkaampi kuin luulemme, tarvittavan energian kynnys voi olla sekä LHC: n että kosmisten säteiden törmäysten kantaman sisällä Maan ilmakehään, sanoo teoreettinen fyysikko Steve Giddings Kalifornian yliopistosta Santa Barbarasta.

”hienoa mikroskooppisissa mustissa aukoissa ja ylimääräisissä ulottuvuuksissa on se, että niitä voi etsiä monin tavoin”, sanoo Rutgersin yliopiston tutkija John Paul Chou, joka toimii exotica physics Groupin koollekutsujana LHC: n CMS-kokeessa. ”Mutta LHC on puhtain, ilmeisin tapa luoda ja löytää niitä.”

kun kaksi hiukkasta osuu suoraan päälle lähes valonnopeudella, pieni määrä energiaa keskittyy suuresti pieneen tilaan. Jos ylimääräisiä ulottuvuuksia on olemassa, törmäys voi paljastaa painovoiman piilevän voiman; Energia ja tiheys voivat olla tarpeeksi suuria sulautumaan mikroskooppiseen mustaan aukkoon.

mikromusta aukko olisi liian pieni ja lyhytikäinen, jotta sillä olisi paljon vaikutusta ympäristöönsä. Tutkijoiden ainoa johtolanka olisi ylimääräisten hiukkasten purkaus (kuvattu edellä kuvatun seinämaalauksen oikealla puolella olevassa tapahtumanäytössä). Mutta sen vaikutus ymmärrykseemme luonnosta kvanttitasolla olisi valtava. Jos fyysikot tuottaisivat mikroskooppisia mustia aukkoja LHC: ssä, heillä olisi todisteita siitä, että avaruutta on enemmän kuin kolme ulottuvuutta.

tutkijat tarkkailevat, mutta toistaiseksi he eivät ole löytäneet merkkejä mikroskooppisista mustista aukoista, Chou sanoo. ”Joten joko niitä ei ole olemassa, tai ne ovat niin harvinaisia, että emme ole tuottaneet sellaista vielä.”

tutkijat saattoivat etsiä ylimääräisiä ulottuvuuksia muilla tavoin, kuten etsimällä raskaampia versioita tunnetuista hiukkasista, jotka voisivat olla olemassa vain, jos ulottuvuuksia olisi enemmän kuin kolme, tai etsimällä todisteita gravitoneista, painovoiman hypoteettisesta voimankantajasta, jotka ovat karanneet toisiin ulottuvuuksiin ja jättäneet tyhjän vyöhykkeen ilmaisimiin.

mutta jos mikromustat aukot eivät tee esitystä LHC: ssä sen palattua suuremmalla energialla vuonna 2015, fyysikot joutuvat muuttamaan teorioitaan ja lähestymistapojaan.

”se ei sulje pois mitään teoriaa sinänsä”, Chou sanoo, ”mutta se rajoittaa niitä voimakkaasti, kuten se on jo tehnyt LHC: ssä viime vuosina 2010-2012.”

riippumatta siitä, näemmekö LHC: ssä mikroskooppisia mustia aukkoja, opimme jotain uutta luonnosta.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.