Охота на микроскопические чёрные дыры экспресс
В 2016–2018 годах на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе протоны сталкивались с энергией 13 тераэлектронвольт — как если бы две горошины разгоняли до скоростей, при которых их удар рождает целый рой новых частиц. Среди этого роя физики искали самых экзотических гостей: микроскопические чёрные дыры, клубки струн и электрослабые сфалероны. Ни один из них не появился, но сам поиск стал самым тщательным в истории.
Чтобы не пропустить сигнал, исследователи применили два новых подхода. Первый метод опирается на форму распределения суммы поперечных импульсов всех частиц в событии — она остаётся неизменной независимо от того, какие именно частицы родились. Второй метод сортирует события по близости их характеристик, как сортируют фотографии по сходству, выделяя необычные столкновения. Это позволило установить, что чёрные дыры легче 8,4–11,4 тераэлектронвольт (примерно в 9000 раз тяжелее протона) не существуют с вероятностью 95%. А доля кварк-кварковых взаимодействий выше порога электрослабого сфалерона не превышает 0,0034.
Такой результат не разочаровывает, а уточняет границы возможного. Каждый ненайденный объект — это кирпичик в стене, отделяющей проверенные законы физики от смелых гипотез. Коллайдер, как гигантское сито, просеивает реальность, и то, что не прошло сквозь ячейки, остаётся лишь в воображении теоретиков.
Оригинальная аннотация
как её написали авторы, на английском 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.
Микроскопическая чёрная дыра, если бы родилась на коллайдере, испарилась бы за ничтожные доли секунды из-за излучения Хокинга — ещё до того, как успела бы поглотить хоть один атом детектора.
В сериале «Звёздные врата: SG-1» микроскопические чёрные дыры использовались как оружие, способное уничтожить целую планету, — физики на LHC проверяют, возможны ли такие объекты в принципе.