Обнаружить следы появления чёрных дыр на Большом адронном коллайдере пока не удаётся

Коллаборация CMS обработала данные по столкновениям протонов, собранные в экспериментах на коллайдере за прошедший год, но не нашла никаких признаков рождения микроскопических чёрных дыр, что заставило физиков чуть увеличить оценку минимально возможной массы этих гипотетических объектов.

Коллаборация CMS обработала все данные по столкновениям протонов на Большом адронном коллайдере, собранные в 2011-м, но так и не смогла обнаружить следы появления микроскопических чёрных дыр.

Идея о возможном рождении микроскопических чёрных дыр в коллайдерных экспериментах была высказана теоретиками, которые старались решить так называемую проблему иерархии. Суть её в том, что характерный энергетический масштаб электрослабого взаимодействия (~0,1 ТэВ), задаваемый вакуумным средним хиггсовского бозона, которое через соответствующие константы связи определяет массы W- и Z-бозонов, очень сильно отличается от планковского масштаба гравитационного взаимодействия MPl ~ 1016 ТэВ.

Пытаясь объяснить, как образовался этот поистине гигантский разрыв, физики создали несколько моделей с дополнительными пространственными измерениями. В известной ADD-модели, к примеру, вводится n больших плоских дополнительных измерений, компактифицированных («замкнутых сами на себя») на n-мерном торе или сфере. Многомерное пространство-время здесь открыто только для гравитационного взаимодействия, а калибровочные взаимодействия локализуются на (3 + 1)-мерной мембране, вследствие чего классический закон тяготения Ньютона на малых расстояниях корректируется. При этом «истинный» планковский масштаб в (4 + n) измерениях, MD, отходит от MPl и сближается с масштабом электрослабого взаимодействия: считается, что действует соотношение M2
Pl
= 8πMn + 2
D
rn, где r — размер дополнительных измерений.

Такое изменение структуры пространства-времени и «усиление» гравитационного поля позволяет рассчитывать на образование чёрных дыр при столкновениях частиц на энергиях, превышающих сравнительно малую MD, а не MPl. Последняя величина заведомо недостижима для экспериментаторов; если наш мир истинно четырёхмерен, надеяться на регистрацию распада и рождения чёрных дыр на Большом адронном коллайдере бессмысленно.

Альтернативой ADD-модели может служить концепция «мира на бране» Рэндалл — Сундрума, в рамках которой привычная для нас Вселенная рассматривается как выделенная четырёхмерная поверхность или слой, называемый браной, в искривлённом пятимерном пространстве-времени анти-де Ситтера. Единственное дополнительное (четвёртое) пространственное измерение здесь также остаётся невидимым в силу того, что все взаимодействия и частицы Стандартной модели сосредоточены на бране, и только гравитоны (кванты гравитационного поля) распространяются ещё и в окружающем «объёме».

Минимально возможные значения массы микроскопических чёрных дыр, рассчитанные для ADD-модели с разным числом дополнительным измерений n. Кривые, которые относятся к невращающимся чёрным дырам, выделены серым, а синим обозначены результаты вычислений для вращающихся объектов. Оранжевые графики соответствуют тем чёрным дырам, которые теряют массу и момент импульса перед испарением. (Иллюстрация CMS Collaboration.)

За прошлый год коллаборация CMS успела составить внушительный массив опытных данных по протон-протонным столкновениям с полной энергией в 7 ТэВ, объём которого отвечал интегральной светимости в 4,7 обратного фемтобарна. Анализируя эту информацию, физики попробовали отыскать следы распадов чёрных дыр, которые могли бы рождаться в рамках ADD-модели или модели Рэндалл — Сундрума, но положительных результатов не добились. Единственным итогом работы стало увеличение минимально возможной массы микроскопических чёрных дыр до 3,8–5,3 ТэВ.

Аналогичное исследование двухгодичной давности, напомним, также не принесло результатов. Минимально возможная масса чёрных дыр тогда была зафиксирована на уровне 3,5–4,5 ТэВ.

Подготовлено по материалам arXiv-препринта.

10 Марта 2012, 15:35    Den    3594    0

Нет комментариев.

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите или зарегистрируйтесь пожалуйста.