Физики установили новые границы масс для гипотетических черных дыр в коллайдере

«Установлены новые границы, которые исключают возможность рождения полуклассических черных дыр с массами ниже 4,1 — 6,1 тераэлектронвольта». В марте 2012 года ученые исключили возможность появления в результате протон-протонных столкновений черных дыр с массой ниже 3,8 — 5,3 тераэлектронвольта. 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. Однако сразу после рождения черная дыра мгновенно испарится, породив «дождь» частиц обычной материи, которые могут зафиксировать детекторы коллайдера, в частности, детектор CMS.

С момента запуска коллайдера не было обнаружено таких признаков для всех теоретических моделей, которые допускают существование дополнительных измерений.