Сотрудники коллаборации CMS обработали данные экспериментов по столкновению протонов на Большом адронном коллайдере и не нашли свидетельств распада микроскопических чёрных дыр.

В привычной теории гравитации вероятность появления чёрной дыры при энергиях, достижимых на современных ускорителях, исчезающе мала. Эта проблема, как мы уже рассказывали, решается в теориях с дополнительными измерениями. Увеличением количества измерений физики добиваются того, что «истинная» планковская энергия MD отходит от известного нам значения MPl ~ 10¹⁶ ТэВ и снижается до тераэлектронвольтовых энергий, доступных экспериментаторам.

Выбранная авторами ADD-модель допускает образование чёрных дыр в столкновениях частиц на энергиях, превышающих MD. Принято считать, что MD также определяет минимальную массу такой чёрной дыры, однако в реальности пороговое значение может оказаться более высоким.

Если учёные действительно сумеют получить чёрную дыру, она будет распадаться посредством излучения Хокинга. При её «испарении» будут испускаться частицы всех возможных типов: в распаде должны преобладать кварки и глюоны, но там будут и лептоны, и W- и Z-бозоны, и фотоны, и, возможно, бозоны Хиггса. Время жизни микроскопической чёрной дыры для (4 + n)-мерного пространства-времени оценивается в ~ 10–27 с.

В новом исследовании рассматриваются данные по столкновениям протонов на энергии в 7 ТэВ, выполненным с марта по октябрь 2010 года. Этот объём информации соответствует интегральной светимости в 35 пбн^-1. Физиков интересовали события, отмеченные рождением нескольких частиц с большой «поперечной энергией» — энергией, которую имела бы частица, если бы её продольный импульс был равен нулю. Дело в том, что появляющиеся в обычных столкновениях протонов частицы не слишком сильно отклоняются от оси пучков (имеют небольшую «поперечную энергию»), а при распаде чёрной дыры это правило не действует.

Рис. 1. Событие, в котором могла бы появиться черная дыра (иллюстрация CMS Collaboration).

В результате возможность появления чёрных дыр с массой в 3,5–4,5 ТэВ для значений MD, лежащих в диапазоне 1,5–3,5 ТэВ, авторы исключили. С набором статистики и увеличением энергии столкновений минимально допустимые значения массы будут увеличиваться.

Полная версия отчёта появится в журнале Physics Letters B.