Физики не обнаружили следов рождения черных дыр в коллайдере

21 декабря 2010 года

Физики, работающие на детекторе CMS Большого адронного коллайдера, заявили, что поиски микроскопических черных дыр, которые согласно некоторым теориям могли бы рождаться в столкновениях протонов в этом ускорителе, закончились безрезультатно: свидетельств рождения таких дыр не обнаружено.

"Мы можем исключить появление черных дыр (в результате протон-протонных столкновений) с минимальной массой 3,5-4,5 тераэлектронвольта", - говорится в статье исследователей, принятой к печати в журнале Physics Letters.

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.

"Гравитация проникает в дополнительные измерения, где она очень сильна из-за меньшего по сравнению с обычным планковского масштаба. Из-за этой сильной гравитации при столкновении двух партонов (кварков или глюонов)... могут "открыться двери" в дополнительные измерения, и там образуется микроскопическая черная дыра", - пояснил соавтор исследования Алексей Ферапонтов, сотрудник Национальной лаборатории имени Ферми (США).

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 гравитационный коллапс и появление сферы Шварцшильда может происходить в столкновениях частиц.

В случае если такое событие произойдет, черная дыра мгновенно испарится, породив "дождь" частиц обычной материи, которые могут зафиксировать детекторы коллайдера, в частности, детектор CMS. В течение сеанса протон-протонных столкновений в 2010 году ученые отслеживали признаки появления таких специфических следов рождения черных дыр. Однако никаких свидетельств их появления не было обнаружено для микроскопических черных дыр массой от 3,5 до 4,5 тераэлектронвольт для широкого спектра теоретических моделей, которые допускают существование дополнительных измерений.