Chasse aux trous noirs microscopiques express
Entre 2016 et 2018, au Grand collisionneur de hadrons du CERN, des protons entraient en collision avec une énergie de 13 téraélectronvolts — comme si deux petits pois étaient accélérés à des vitesses telles que leur impact engendre tout un essaim de nouvelles particules. Parmi cet essaim, les physiciens cherchaient les invités les plus exotiques : des trous noirs microscopiques, des écheveaux de cordes et des sphalerons électrofaibles. Aucun n'est apparu, mais la recherche elle-même a été la plus minutieuse de l'histoire.
Pour ne pas manquer le signal, les chercheurs ont utilisé deux nouvelles approches. La première méthode s'appuie sur la forme de la distribution de la somme des impulsions transverses de toutes les particules d'un événement — elle reste inchangée quelles que soient les particules produites. La deuxième méthode trie les événements selon la proximité de leurs caractéristiques, comme on trie des photos par similarité, mettant en évidence les collisions inhabituelles. Cela a permis d'établir que les trous noirs plus légers que 8,4 à 11,4 téraélectronvolts (environ 9000 fois la masse du proton) n'existent pas avec une probabilité de 95 %. Et la fraction des interactions quark-quark au-dessus du seuil du sphaleron électrofaible ne dépasse pas 0,0034.
Un tel résultat n'est pas décevant, il précise les limites du possible. Chaque objet non trouvé est une brique dans le mur qui sépare les lois physiques vérifiées des hypothèses audacieuses. Le collisionneur, comme un tamis géant, passe la réalité au crible, et ce qui ne traverse pas les mailles ne reste que dans l'imagination des théoriciens.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2604.10732
A search for microscopic black holes, string balls, and electroweak sphalerons using proton-proton collisions at $$\sqrt{s}$$ = 13 TeV recorded with the CMS detector at the CERN LHC during the 2016$$-$$2018 data taking, and corresponding to an integrated luminosity of 138 fb$$^{-1}$$, is presented. Two search strategies based on control samples in data are used. Model-independent limits on the cross section of physics phenomena with multiple energetic jets, leptons, and photons are set using a method that relies on the shape invariance of the scalar sum of the transverse momenta of all objects in the event. Model-dependent limits on black hole and sphaleron production are set using a newly introduced method that has been developed for the identification of collider events with distinct kinematic features by separating them into classes based on phase space proximity. In the context of models with large extra dimensions, semiclassical black holes and string balls with masses below 8.4$$-$$11.4 TeV and 9.0$$-$$10.7 TeV, respectively, are excluded at 95% confidence level, significantly extending the reach beyond previous searches. Results of a dedicated search for electroweak sphalerons are used to derive an upper limit of 0.0034 at 95% confidence level on the fraction of quark-quark interactions above the nominal sphaleron transition energy threshold of 9 TeV.
Un trou noir microscopique, s'il naissait au collisionneur, s'évaporerait en une fraction de seconde à cause du rayonnement de Hawking — avant même d'avoir pu absorber un seul atome du détecteur.
Dans la série « Stargate SG-1 », des trous noirs microscopiques étaient utilisés comme armes capables de détruire une planète entière — les physiciens du LHC vérifient si de tels objets sont possibles en principe.