Polowanie na mikroskopijne czarne dziury

energia potrzebna do utworzenia czarnej dziury, takiej jak ta w centrum naszej galaktyki—ilość zawarta w umierającej, super masywnej gwieździe zapadającej się na siebie-jest wielokrotnie wyższa niż to, co możemy osiągnąć w naszych ziemskich laboratoriach.

jednak, jeśli pewne teorie są poprawne co do natury grawitacji, może istnieć sposób dla fizyków na stworzenie zupełnie innego rodzaju czarnej dziury – tak małej i ulotnej, że jej obecność można wywnioskować tylko z jej wpływu na cząstki subatomowe w detektorze cząstek. I ten proces może być w zasięgu Wielkiego Zderzacza Hadronów.

według niektórych teorii istnieje więcej niż tylko trzy wymiary przestrzeni. Istnienie dodatkowych wymiarów stanowiłoby odpowiedź na jedną z najważniejszych zagadek w dzisiejszej fizyce: dlaczego grawitacja jest tak słaba, gdy inne podstawowe siły są tak silne. Im więcej wymiarów, tym większa grawitacja będzie się rozrzedzać na coraz większych odległościach. Siła będzie słabnąć, gdy rozproszy się dalej, ale będzie zaskakująco silna na krótkich dystansach.

jeśli na przykład istnieje 10 wymiarów, to siła grawitacji musi rozprzestrzeniać się przez kilka wymiarów przestrzennych, których nie jesteśmy w stanie wykryć; wydaje się nam słaba tylko dlatego, że większość z nich ginie w niewidzialnych wymiarach.

fizycy wiedzą, że aby stworzyć mikroskopijną czarną dziurę, potrzeba pewnej ilości energii—większej niż LHC może kiedykolwiek wyczarować. Ale jeśli grawitacja jest silniejsza niż nam się wydaje, to próg potrzebnej energii może znajdować się w zasięgu zarówno zderzenia LHC, jak i promieniowania kosmicznego z ziemską atmosferą, mówi fizyk teoretyczny Steve Giddings z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara.

„wspaniałą rzeczą w mikroskopijnych czarnych dziurach i dodatkowych wymiarach jest to, że istnieje wiele sposobów ich wyszukiwania”, mówi naukowiec z Rutgers University John Paul Chou, który służy jako współorganizator grupy fizyki exotica w eksperymencie CMS w LHC. „Ale LHC jest najczystszym i najbardziej oczywistym sposobem ich tworzenia i znajdowania.”

kiedy dwie cząstki uderzają w martwe światło z prędkością bliską prędkości światła, niewielka ilość energii znacznie koncentruje się w niewielkiej przestrzeni. Jeśli istnieją dodatkowe wymiary, zderzenie może ujawnić ukrytą siłę grawitacji; energia i gęstość mogą być wystarczająco wysokie, aby wtopić się w mikroskopijną czarną dziurę.

mikro czarna dziura byłaby zbyt mała i krótkotrwała, aby mieć duży wpływ na otoczenie. Jedyną wskazówką naukowców byłby wybuch dodatkowych cząstek (przedstawiony na wyświetlaczu zdarzenia po prawej stronie muralu na zdjęciu powyżej). Ale jego wpływ na nasze rozumienie natury na poziomie kwantowym byłby ogromny. Gdyby fizycy wytworzyli mikroskopijne czarne dziury w LHC, mieliby dowód, że istnieje więcej niż trzy wymiary przestrzeni.

naukowcy obserwują, ale do tej pory nie znaleźli śladów mikroskopijnych czarnych dziur. „Więc albo nie istnieją, albo są tak rzadkie, że jeszcze ich nie wyprodukowaliśmy.”

naukowcy mogli szukać dodatkowych wymiarów w inny sposób, na przykład szukając cięższych wersji znanych cząstek, które mogłyby istnieć tylko w przypadku więcej niż trzech wymiarów, lub szukając dowodów na grawitony, hipotetyczny nośnik siły grawitacji, które uciekły do innych wymiarów i pozostawiły pustą strefę w detektorach.

ale jeśli mikro czarne dziury nie pokażą się w LHC po powrocie z wyższej energii w 2015 roku, fizycy będą musieli dostosować swoje teorie i podejścia.

„to nie wyklucza żadnej teorii per se”, mówi Chou, „ale mocno je ograniczy, tak jak to już miało miejsce w przypadku niedawnego biegu w LHC w latach 2010-2012.”

niezależnie od tego, czy widzimy mikroskopijne czarne dziury w LHC, nauczymy się czegoś nowego o naturze.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.