Физики, работающие на детекторе CMS Большого адронного коллайдера (LHC), предприняли новую попытку обнаружить признаки рождения в ускорителе микроскопических черных дыр – черные дыры не нашлись, однако ученые смогли установить новые ограничения по массе для этих гипотетических объектов.

«Были установлены новые ограничения, которые исключают возможность рождения полуклассических и квантовых черных дыр с массами ниже 3,8 – 5,3 тераэлектронвольта», – говорится в статье, размещенной в электронной библиотеке Корнеллского университета.

Ученые также установили впервые ограничения для рождения других экзотических объектов – струнных шаров (string balls), существование которых предсказывает квантовая гравитационная теория – теория струн.

Рис. 1. Теоретически предсказанная картина
разлета частиц в детекторе CMS в случае
рождения черной дыры.

Новые границы

В 2010 году ученые исключили возможность появления в результате протон-протонных столкновений черных дыр с массой менее 3,5 – 4,5 тераэлектронвольта – в зависимости от теоретической модели, которая использовалась для анализа данных.

Ученые обработали новый массив данных, собранный за весь период работы коллайдера на энергии столкновений 7 тераэлектронвольт – до конца 2011 года – и вновь не обнаружили следов рождения черных дыр. Кроме того, они сдвинули в сторону увеличения их минимальную массу.

Гипотеза о возможном появлении черных дыр на Большом адронном коллайдере была одной из популярных «страшилок» противников запуска ускорителя, которые обращались в ООН и в суды с целью не допустить запуска установки. По мнению противников коллайдера, при столкновении протонов могут образовываться черные дыры, которые грозят поглотить Землю.

Некоторые из физических теорий, предполагающих существование дополнительных «свернутых» измерений (которые проявляют себя только на масштабах порядка планковской длины – около 1,6 на 10 в минус 35-й степени метров), действительно допускают возможность рождения черных дыр в столкновениях частиц.

В соответствии с этой теорией все фундаментальные взаимодействия, кроме гравитации – электрослабое и сильное – остаются в нашем четырехмерном (три пространственных плюс временное) мире. Но гравитационное взаимодействие может проникать в свернутые измерения, где ньютоновские законы гравитации иные – там она может быть значительно сильнее из-за меньшего по сравнению с обычным планковского масштаба.

Из-за этой сильной гравитации при столкновении двух кварков или глюонов могут «открыться двери» в дополнительные измерения, и там образуется микроскопическая черная дыра.

Черные дыры в нашем «обычном» макромире возникают на конечных стадиях эволюции массивных звезд. Когда в таких звездах выгорает термоядерное «горючее» – водород или гелий, давление газа уже не может противостоять гравитации и тяготение «схлопывает» звезду в черную дыру.

Этот объект отличается тем, что вторая космическая скорость для него больше скорости света, и покинуть его не может никакое излучение и никакая информация.

Граница, на которой вторая космическая скорость превышает скорость света, называется сферой Шварцшильда. В случае с микроскопическими черными дырами в дополнительных измерениях свойства гравитации таковы, что появление сферы Шварцшильда может происходить в столкновениях частиц.

«Происходит гравитационный прорыв в дополнительные измерения», – пояснил РИА Новости один из авторов работы Алексей Ферапонтов, сотрудник университета Брауна (США).

Он подчеркнул, что такое событие не следует рассматривать как угрозу: сразу после рождения черная дыра мгновенно испарится, породив «дождь» частиц обычной материи, которые могут зафиксировать детекторы коллайдера, в частности, детектор CMS.

Однако с момента запуска коллайдера не было обнаружено таких признаков для всех теоретических моделей, которые допускают существование дополнительных измерений. Вместе с тем, ученые надеются обнаружить черные дыры – вероятность такого открытия возрастет в 2012 году, поскольку коллайдер будет работать на энергии 8 тераэлектронвольт.

«Шансы всегда есть, БАК переходит на 8 тераэлектронвольт в 2012 году, может они обнаружатся в этом диапазоне энергий. Это будет большой прорыв в физике, если это произойдет», – сказал собеседник агентства.