Jakten på mikroskopiska svarta hål

den energi som krävs för att ett svart hål som det i mitten av vår galax ska bildas—mängden i en döende, supermassiv stjärna som kollapsar i sig själv-är många gånger högre än vad vi kan uppnå i våra jordiska laboratorier.

men om vissa teorier är korrekta om gravitationens natur kan det finnas ett sätt för fysiker att skapa en helt annan typ av svart hål—en så liten och Flyktig att dess närvaro bara kunde härledas från dess effekt på subatomära partiklar i en partikeldetektor. Och denna process kan vara inom räckhåll för Large Hadron Collider.

enligt vissa teorier finns det mer än bara tre dimensioner av rymden. Förekomsten av extra dimensioner skulle ge ett svar på ett av de mest framträdande mysterierna i fysiken idag: varför tyngdkraften är så svag när de andra grundläggande krafterna är så starka. Ju fler dimensioner Det finns, desto mer tyngdkraft kommer att spädas över ökande avstånd. Kraften kommer att försvagas när den sprider sig längre bort, men den kommer att vara förvånansvärt stark på korta avstånd.

om det till exempel finns 10 dimensioner måste gravitationskraften sprida sig genom flera mer rumsliga dimensioner än vi kan upptäcka; det verkar svagt för oss bara för att det mesta går förlorat i de osynliga dimensionerna.

fysiker vet att det borde ta en viss mängd energi—mer än LHC någonsin kunde trolla—för att göra ett mikroskopiskt svart hål. Men om tyngdkraften är starkare än vi tror, kan tröskeln för energi som behövs vara inom räckhåll för både LHC och kosmisk strålkollisioner med jordens atmosfär, säger teoretisk fysiker Steve Giddings från University of California, Santa Barbara.

”det fantastiska med mikroskopiska svarta hål och extra dimensioner är att det finns många sätt att leta efter dem”, säger Rutgers University-forskare John Paul Chou, som fungerar som co-convener för exotica physics group vid CMS-experimentet vid LHC. ”Men LHC är det renaste, mest uppenbara sättet att skapa och hitta dem.”

när två partiklar träffar döda i nära ljushastighet koncentreras en liten mängd energi kraftigt till ett litet utrymme. Om det finns extra dimensioner kan kollisionen avslöja gravitationens dolda styrka; energin och densiteten kan vara tillräckligt hög för att smälta in i ett mikroskopiskt svart hål.

ett mikrosvart hål skulle vara för litet och kortlivat för att ha stor effekt på omgivningen. Forskarnas enda ledtråd skulle vara en explosion av extra partiklar (avbildad i händelsedisplayen på höger sida av väggmålningen ovan). Men dess effekt på vår förståelse av naturen på kvantnivå skulle vara enorm. Om fysiker producerade mikroskopiska svarta hål vid LHC, skulle de ha bevis på att det finns mer än tre dimensioner av rymden.

forskare tittar på, men hittills har de inte hittat tecken på mikroskopiska svarta hål, säger Chou. ”Så antingen existerar de inte, eller så är de så sällsynta, vi har inte producerat en än.”

forskare kunde leta efter extra dimensioner på andra sätt, som att söka efter tyngre versioner av kända partiklar som bara kunde existera om det fanns mer än tre dimensioner, eller leta efter bevis på gravitoner, gravitationens hypotetiska kraftbärare, som har rymt in i andra dimensioner och lämnat en tom zon i detektorerna.

men om mikrosvarta hål inte visar på LHC när den återvänder med högre energi 2015, måste fysiker anpassa sina teorier och tillvägagångssätt.

”det kommer inte att utesluta någon teori i sig”, säger Chou, ”men det kommer starkt att begränsa dem som det redan har gjort med den senaste 2010 till 2012-körningen på LHC.”

oavsett om vi ser mikroskopiska svarta hål på LHC, lär vi oss något nytt om naturen.

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.