Veliki hadronski sudarač nije pronašao znakove mikroskopskih crnih rupa, hipotetskih objekata koji bi se prema nekim teorijama mogli pojaviti u sudarima čestica. Nova analiza podataka detektora CMS ipak je važna jer je postavila stroža ograničenja na modele koji predviđaju dodatne dimenzije prostora.
Istraživači su proučili sudare protona zabilježene između 2016. i 2018. godine. Tražili su događaje u kojima bi se energija raspala na velik broj čestica, uz obrazac koji bi mogao upućivati na kratkotrajnu mikroskopsku crnu rupu. Takav objekt ne bi bio nalik crnim rupama nastalima urušavanjem zvijezda: bio bi mnogo manji i, prema modelima, raspao bi se gotovo odmah.
U podacima nije pronađen višak događaja koji bi se razlikovao od očekivanog pozadinskog zračenja i poznatih procesa. To znači da analiza nije dala dokaz za nastanak takvih objekata u promatranim sudarima.
Zašto su uopće razmatrane crne rupe u sudaraču
Uobičajena teorija gravitacije opisuje prostor s tri prostorne dimenzije i vremenom. Neki teorijski modeli dopuštaju da postoje dodatne dimenzije koje su skrivene na vrlo malim udaljenostima. U takvom bi opisu gravitacija na energijama dostupnima sudaraču mogla biti jača nego što pokazuje svakodnevno iskustvo.
Ako bi dodatne dimenzije imale određena svojstva, sudar protona mogao bi nakratko stvoriti područje s toliko velikom gustoćom energije da bi se ponašalo kao crna rupa. Takva bi se crna rupa odmah raspala na čestice koje CMS može detektirati. Upravo taj karakterističan raspad bio je cilj potrage.
Analiza je kombinirala mjerenje udaljenosti između čestica i metode strojnog učenja. Istraživači su tražili razlike u rasporedu energije i smjerovima čestica, a zatim su rezultate usporedili s predviđanjima različitih modela.
Nema otkrića, ali granice su pomaknute
Najviša energija na kojoj su mogli isključiti takve događaje iznosi približno 12 teraelektronvolti, ovisno o odabranom modelu. Rezultat ne dokazuje da dodatne dimenzije ne postoje. Pokazuje samo da, ako postoje, njihova svojstva moraju biti drukčija od onih koja bi proizvela uočljiv signal u ovom skupu podataka.
Ograničenja su korisna i za druge eksperimente. Teoretičari sada moraju odbaciti dio mogućih kombinacija energije, veličine dodatnih dimenzija i načina raspada. Budući sudari s većom količinom podataka mogli bi dodatno suziti taj prostor.
Potraga za neobičnim pojavama u LHC-u ne svodi se samo na crne rupe. Detektori istim podacima mogu tražiti čestice tamne tvari, odstupanja od Standardnog modela i druge rijetke procese. Kao i u drugim takvim analizama, izostanak signala jednako je važan za teoriju kao i pozitivan rezultat.
Pitanje dodatnih dimenzija povezano je sa širom potragom za teorijom koja bi povezala gravitaciju i kvantnu fiziku. Dosadašnji pokušaji da se objasni kvantna priroda gravitacije još nemaju potvrdu u eksperimentima, pa svako novo ograničenje smanjuje broj mogućih modela.
Rezultati su objavljeni u časopisu Physical Review D. Daljnje analize ovisit će o novim podacima i o tome koliko precizno detektori mogu razlikovati vrlo rijetke događaje od uobičajene fizike sudara.
