Nema dokaza da je Veliki hadronski sudarač u CERN-u stvorio mikroskopske crne rupe

Nema dokaza da je Veliki hadronski sudarač čestica (LHC) u Evropskoj organizaciji za nuklearno istraživanje (CERN) stvorio mikroskopske crne rupe ili elektroslabe sfalerone u sudarima protona zabeleženim od 2016. do 2018. godine. To su pokazale nove analize u eksperimentu CMS (Compact Muon Solenoid), piše The Brighter Side of News.

Mikroskopska crna rupa stvorena unutar Velikog hadronskog sudarača nestala bi gotovo trenutno. Njeno kratko postojanje, međutim, moglo bi da ostavi spektakularan pljusak čestica koje nose dovoljno informacija da fizičari prepoznaju šta se dogodilo.

Preporučujemo

Istraživači koji rade na CERN-ovom eksperimentu CMS sada su sproveli proširenu pretragu tih potpisa koristeći 138 inverznih femtobarna podataka o proton-proton sudarima prikupljenih od 2016. do 2018. godine. Nisu pronašli dokaze da su proizvedene mikroskopske crne rupe.

Ovo odsustvo je naučno korisno. U zavisnosti od teorijskog modela, analiza isključuje semiklasične crne rupe sa masama ispod oko 9,0 do 11,4 teraelektronvolti (TeV), značajno smanjujući opseg u kojem bi ih određene teorije sa dodatnim dimenzijama još mogle proizvesti.

Tamas Almos Vami i Dani Žang sa Univerziteta Kalifornije u Santa Barbari predstavili su analizu za CMS kolaboraciju u Progress in High Energy Physics pod naslovom „Potraga za crnim rupama i sfaleronima korišćenjem novih tehnika mašinskog učenja u CMS-u“.

– To nije ćorsokak. Rezultat je granica isključenja, što je stvarna, objavljiva izjava: „Da je ova stvar postojala sa ovim svojstvima, videli bismo je. Nismo je videli, pa je možemo isključiti ovde“ – rekla je Žangova.

Prema standardnoj fizici, LHC ne može da proizvede crne rupe.

Sudarač razbija protone jedan o drugi pri energiji centra mase od 13 TeV. Komprimovanje te energije u crnu rupu koristeći poznate četvorodimenzionalne zakone gravitacije zahtevalo bi nezamislivo mali region, od oko 10^-50 metara, daleko ispod Plankove dužine od oko 10^-35 metara koja se povezuje sa kvantnom gravitacijom.

Neke teorije koje uključuju dodatne prostorne dimenzije menjaju taj proračun. Gravitacija bi mogla da se proširi u dimenzije koje su nedostupne na svakodnevnim skalama, čineći je naizgled mnogo slabijom u naše tri poznate dimenzije prostora.

Na izuzetno malim udaljenostima, gravitacija bi tada mogla postati mnogo jača nego što se očekuje. U reprezentativnim modelima, efektivni Švarcšildov poluprečnik povezan sa sudarom u LHC-u mogao bi da dostigne oko 10^-20 metara, što je uporedivo sa skalom udaljenosti koju istražuju takvi visokoenergetski sudari.

Ta mogućnost je inspirisala predloge pre više od dve decenije da bi sudarači mogli nakratko da proizvedu mikroskopske crne rupe.

Ovi objekti ne bi bili nimalo slični dugovečnim astronomskim crnim rupama nastalim kolapsom zvezda. Oni bi se raspali gotovo odmah, teoretski putem Hokingovog zračenja, stvarajući veliki broj čestica visoke energije koje se kreću u mnogim pravcima.

Mikroskopska crna rupa se unutar CMS-a ne bi pojavila kao mali tamni objekat. Istraživači bi umesto toga rekonstruisali čestice nastale tokom njenog raspada.

Očekivani potpis sadrži mlazeve, elektrone, muone, fotone i nedostajuću energiju. Pošto bi crna rupa koja se raspada trebalo da emituje čestice u mnogim pravcima, rezultujući događaj sudara bi takođe težio da izgleda neobično sferično.

Fizičari su stoga ispitali nekoliko karakteristika svakog događaja. Jedna je sferičnost, mera da li se uočene čestice šire široko kroz detektor umesto da se koncentrišu u nekoliko preferiranih pravaca.

Druga je ukupna transverzalna energija, predstavljena veličinom koja se zove ST. Istraživači je izračunavaju sabiranjem transverzalnih momenata rekonstruisanih čestica i nedostajućeg transverzalnog momenta u događaju.

Očekivalo bi se da kandidat za crnu rupu proizvede neobično veliku ST vrednost jer bi ogromna energija sudara izašla kroz proizvode njenog raspada.

Izazov je u tome što konvencionalni procesi Standardnog modela takođe mogu povremeno proizvesti komplikovane, visokoenergetske događaje. Razlikovanje izuzetno retkog signala od te pozadine zahteva pronalaženje suptilnih razlika kroz mnoga izmerena svojstva odjednom.

Novi rad ostavlja širi problem hijerarhije nerešenim. Fizičarima i dalje nedostaje potpuno objašnjenje za ogromnu prividnu razliku između jačine gravitacije i ostalih fundamentalnih sila.

Bez nove fizike, kao što su velike dodatne dimenzije, proizvodnja čak i najmanjih crnih rupa dostupnih direktnom proučavanju zahtevala bi energije daleko iznad onih koje imaju trenutni akceleratori.

Za sada, LHC nije otvorio vrata ka mikroskopskim crnim rupama. Ali je učinio taj ulaz užim, istovremeno uvodeći novi način pretraživanja ogromnog pejzaža podataka iz sudara u potrazi za bilo kojom neočekivanom fizikom koja bi se tu još mogla skrivati.

(Telegraf Nauka/The Brighter Side of News)