De jacht op microscopische zwarte gaten

de energie die nodig is om een zwart gat zoals dat in het centrum van ons melkwegstelsel te vormen—de hoeveelheid die zit in een stervende, superzware ster die op zichzelf instort-is vele malen hoger dan wat we in onze aardse laboratoria kunnen bereiken.

echter, als bepaalde theorieën juist zijn over de aard van de zwaartekracht, kan er een manier zijn voor natuurkundigen om een heel ander type zwart gat te creëren—een zo klein en vluchtig dat de aanwezigheid ervan alleen kan worden afgeleid uit het effect ervan op subatomaire deeltjes in een deeltjesdetector. En dit proces kan binnen bereik zijn van de Large Hadron Collider.Volgens sommige theorieën zijn er meer dan drie dimensies van de ruimte. Het bestaan van extra dimensies zou een antwoord bieden op een van de meest prominente mysteries in de fysica van vandaag: waarom zwaartekracht zo zwak is terwijl de andere fundamentele krachten zo sterk zijn. Hoe meer dimensies er zijn, hoe meer zwaartekracht zal verdunnen over toenemende afstanden. De kracht zal verzwakken als het verder weg verstrooit, maar het zal verrassend sterk zijn op korte afstanden.

als er bijvoorbeeld 10 dimensies zijn, dan moet de gravitatiekracht zich verspreiden door meerdere meer ruimtelijke dimensies dan we kunnen detecteren; het lijkt ons alleen zwak omdat het grootste deel ervan verloren gaat in de ongeziene dimensies.Natuurkundigen weten dat er een bepaalde hoeveelheid energie nodig is—meer dan de LHC ooit zou kunnen oproepen—om een microscopisch zwart gat te maken. Maar als de zwaartekracht sterker is dan we denken, dan kan de drempel van energie die nodig is binnen het bereik liggen van zowel de LHC als de kosmische straling botsingen met de atmosfeer van de aarde, zegt theoretisch natuurkundige Steve Giddings van de Universiteit van Californië, Santa Barbara.”Het grote ding over microscopische zwarte gaten en extra dimensies is dat er veel manieren zijn om naar ze te zoeken,” zegt Rutgers University wetenschapper John Paul Chou, die fungeert als co-convener van de exotica physics group bij het CMS experiment in de LHC. “Maar de LHC is de schoonste, meest voor de hand liggende manier om ze te creëren en te vinden.”

wanneer twee deeltjes dead-on raken bij de snelheid van het licht, concentreert een kleine hoeveelheid energie zich sterk in een kleine ruimte. Als er extra dimensies bestaan, kan de botsing de verborgen kracht van de zwaartekracht onthullen; de energie en dichtheid kunnen hoog genoeg zijn om samen te smelten tot een microscopisch zwart gat.

een microzwart gat zou te klein en van korte duur zijn om veel effect op zijn omgeving te hebben. Wetenschappers ‘ enige aanwijzing zou een uitbarsting van extra deeltjes (afgebeeld in de event display aan de rechterkant van de muurschildering hierboven afgebeeld). Maar het effect op ons begrip van de natuur op kwantumniveau zou enorm zijn. Als natuurkundigen microscopische zwarte gaten in de LHC zouden produceren, zouden ze bewijs hebben dat er meer dan drie dimensies van de ruimte zijn.

wetenschappers kijken, maar tot nu toe hebben ze geen tekenen van microscopische zwarte gaten gevonden, zegt Chou. “Dus of ze bestaan niet, of ze zijn zo zeldzaam, we hebben er nog geen geproduceerd.”

wetenschappers zouden op andere manieren naar extra dimensies kunnen zoeken, zoals het zoeken naar zwaardere versies van bekende deeltjes die alleen zouden kunnen bestaan als er meer dan drie dimensies waren, of het zoeken naar bewijs van gravitonen, de hypothetische krachtdrager van de zwaartekracht, die in andere dimensies zijn ontsnapt en een lege zone in de detectoren hebben achtergelaten.

maar als microzwarte gaten geen vertoning maken op de LHC zodra deze in 2015 op hogere energie terugkeert, zullen natuurkundigen hun theorieën en benaderingen moeten aanpassen.

” het zal geen enkele theorie per se uitsluiten, “zegt Chou,” maar het zal ze sterk beperken zoals het al heeft gedaan met de recente 2010 tot 2012 run op de LHC.”

ongeacht of we microscopische zwarte gaten in de LHC zien, zullen we iets nieuws over de natuur leren.

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd.