La chasse aux trous noirs microscopiques

L’énergie nécessaire à la formation d’un trou noir comme celui qui se trouve au centre de notre galaxie — la quantité contenue dans une étoile super-massive mourante qui s’effondre sur elle—même – est beaucoup plus élevée que ce que nous pouvons réaliser dans nos laboratoires terrestres.

Cependant, si certaines théories sont correctes sur la nature de la gravité, il peut y avoir un moyen pour les physiciens de créer un type de trou noir très différent — un trou si petit et éphémère que sa présence ne pourrait être déduite que de son effet sur les particules subatomiques dans un détecteur de particules. Et ce processus peut être à la portée du Grand collisionneur de hadrons.

Selon certaines théories, il existe plus que trois dimensions de l’espace. L’existence de dimensions supplémentaires offrirait une réponse à l’un des mystères les plus importants de la physique aujourd’hui: pourquoi la gravité est si faible alors que les autres forces fondamentales sont si fortes. Plus il y a de dimensions, plus la gravité se diluera sur des distances croissantes. La force s’affaiblira à mesure qu’elle se dispersera plus loin, mais elle sera étonnamment forte sur de courtes distances.

S’il y a 10 dimensions, par exemple, alors la force gravitationnelle doit se propager à travers plusieurs dimensions spatiales plus importantes que ce que nous pouvons détecter; elle nous semble faible seulement parce que la majeure partie est perdue dans les dimensions invisibles.

Les physiciens savent qu’il faut une certaine quantité d’énergie — plus que ce que le LHC pourrait jamais évoquer — pour créer un trou noir microscopique. Mais si la gravité est plus forte que nous ne le pensons, le seuil d’énergie nécessaire pourrait être à portée du LHC et des collisions de rayons cosmiques avec l’atmosphère terrestre, explique le physicien théoricien Steve Giddings de l’Université de Californie à Santa Barbara.

 » Ce qui est formidable avec les trous noirs microscopiques et les dimensions supplémentaires, c’est qu’il existe de nombreuses façons de les rechercher « , explique John Paul Chou, scientifique de l’Université Rutgers, qui est co-responsable du groupe de physique exotica à l’expérience CMS au LHC.  » Mais le LHC est le moyen le plus propre et le plus évident de les créer et de les trouver. »

Lorsque deux particules frappent à mort à une vitesse proche de la lumière, une petite quantité d’énergie se concentre considérablement dans un espace minuscule. Si des dimensions supplémentaires existent, la collision pourrait révéler la force cachée de la gravité; l’énergie et la densité pourraient être suffisamment élevées pour fusionner en un trou noir microscopique.

Un micro trou noir serait trop petit et de courte durée pour avoir beaucoup d’effet sur son environnement. Le seul indice des scientifiques serait une explosion de particules supplémentaires (représentée dans l’affichage de l’événement sur le côté droit de la peinture murale ci-dessus). Mais son effet sur notre compréhension de la nature au niveau quantique serait énorme. Si les physiciens produisaient des trous noirs microscopiques au LHC, ils auraient la preuve qu’il existe plus de trois dimensions de l’espace.

Les scientifiques observent, mais jusqu’à présent, ils n’ont pas trouvé de signes de trous noirs microscopiques, dit Chou.  » Donc, soit ils n’existent pas, soit ils sont si rares que nous n’en avons pas encore produit. »

Les scientifiques pourraient rechercher des dimensions supplémentaires d’autres manières, telles que la recherche de versions plus lourdes de particules connues qui ne pourraient exister que s’il y avait plus de trois dimensions, ou la recherche de preuves de gravitons, le porteur de force hypothétique de la gravité, qui se sont échappés dans d’autres dimensions et ont laissé une zone vide dans les détecteurs.

Mais si les micro trous noirs ne font pas leur apparition au LHC une fois qu’il reviendra à une énergie plus élevée en 2015, les physiciens devront ajuster leurs théories et approches.

« Cela n’exclura aucune théorie en soi », dit Chou,  » mais cela les limitera fortement, comme cela a déjà été le cas avec le récent cycle de 2010 à 2012 au LHC. »

Que nous voyions ou non des trous noirs microscopiques au LHC, nous apprendrons quelque chose de nouveau sur la nature.

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