مصادم الهادرونات الكبير يستبعد مخبأً آخر للثقوب السوداء الكمية، والكون يظل محيراً بشكل مزعج

دفع فيزيائيون في جامعة كاليفورنيا سانتا باربرا البحث عن الثقوب السوداء المجهرية في مصادم الهادرونات الكبير (LHC) في المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (CERN) إلى أراضٍ جديدة - وكما هي العادة في فيزياء الجسيمات، لم يجدوا شيئاً. وهو أمر، كما يسارعون إلى الإضافة، لا يزال شيئاً.

هذه الثقوب السوداء الافتراضية ستكون صغيرة للغاية وقصيرة العمر. لو أمكن إنتاجها في مصادم الهادرونات الكبير، فقد يساعد وجودها الفيزيائيين في معالجة بعض أعمق الأسئلة غير المجابة حول الزمكان والجاذبية. كما منح البحث الباحثين فرصة لاختبار تقنية جديدة للعثور على جسيمات نادرة وغير معروفة سابقاً، لأنه لماذا نضيع نتيجة سلبية جيدة تماماً؟

قال تاماس فامي، باحث في تجربة الملف اللولبي الميوني المدمج (CMS) الذي يجري عمله بعد الدكتوراه تحت إشراف أستاذ الفيزياء في جامعة كاليفورنيا سانتا باربرا جو إينكانديلا: "لو وجدنا دليلاً، لكنا بدأنا دراسة الجاذبية الكمية مباشرة. إنها خطوة نحو توحيد جميع القوى الأساسية المعروفة، وهو هدف سعى إليه الفيزيائيون لأكثر من قرن". لذا، لا ضغط.

لم يكشف البحث عن دليل على الثقوب السوداء الكمية. لكن في فيزياء الجسيمات، قد يوفر الفشل في اكتشاف شيء ما معلومات مهمة من خلال استبعاد أين يمكن أن يوجد - وهو تخصص مبني بالكامل تقريباً على ما يعادل علمياً للتحقق تحت الأريكة.

قال داني تشانغ، باحث دراسات عليا في مختبر إينكانديلا: "إنها ليست طريقاً مسدوداً. النتيجة هي حد استبعاد، وهو بيان حقيقي قابل للنشر: 'لو كان هذا الشيء موجوداً بهذه الخصائص، لكنا رأيناه. لم نره، لذا يمكننا استبعاده هنا'. هذه معرفة حقيقية عن كيفية عمل الكون". معرفة حقيقية، تُقدَّم في شكل هزّ للكتفين عند نطاق طاقة محدد للغاية.

أحد الألغاز الكبرى في الفيزياء الأساسية يتعلق بالفرق الهائل بين مقياس الكون الذي نختبره ومقياس بلانك، مقياس الطاقة الأساسي المرتبط بالجاذبية الكمية. اقترح بعض الفيزيائيين أن فيزياء جديدة أو تناظراً غير مكتشف قد يفسر هذا الفرق. والأهم من ذلك، أن بعض هذه التأثيرات قد تظهر عند مستويات طاقة يمكن لمصادم الهادرونات الكبير الوصول إليها.

لقد أزالت سنوات من التجارب بالفعل العديد من الاحتمالات النظرية، وأصبح الغياب المستمر لعلامات واضحة على فيزياء جديدة في مصادم الهادرونات الكبير تحدياً كبيراً للباحثين. لكن مواقف مماثلة حدثت من قبل. فترات عانت فيها النظريات القائمة من صعوبة في تفسير الملاحظات أدت أحياناً إلى أطر جديدة جذرية، بما في ذلك نظرية النسبية لأينشتاين. ولهذا السبب، يقول الباحثون إن النتائج السلبية جزء مهم من التقدم العلمي. كل واحدة منها تقلل عدد الاحتمالات القابلة للتطبيق وتساعد في تحديد أين يجب أن تبحث التجارب المستقبلية. إنها، في جوهرها، أغلى لعبة ماركو بولو في العالم.

نتائج فامي وتشانغ منشورة في مجلة التقدم في فيزياء الطاقة العالية (PHEP).

ظهرت إمكانية إنتاج ثقوب سوداء في مصادم الهادرونات الكبير قبل حوالي عقدين من الزمن. اقترح الفيزيائيون أنه إذا تم تركيز طاقة كافية في منطقة صغيرة للغاية، وإذا وُجدت أبعاد مكانية إضافية (وهي مطلوبة بالفعل في نظرية الأوتار)، فقد تتشكل ثقوب سوداء كمية خلال تريليونات تصادمات البروتون-بروتون التي ينتجها المسرّع.

هذه الأجسام لن تشبه إطلاقاً الثقوب السوداء الفلكية الهائلة الموجودة في جميع أنحاء الكون.

قال ستيفن جيدينغز، المنظّر الفيزيائي في جامعة كاليفورنيا سانتا باربرا، والخبير في التبعات المتناقضة لدمج ميكانيكا الكم مع الجاذبية، وأحد قلة من العلماء في ذلك الوقت الذين اقترحوا أنه في ظل ظروف معينة قد توجد هذه الفراغات الصغيرة في الزمكان: "لن تبقى طويلاً - إذا صنعت واحداً، فسوف يتفكك فوراً".

عندما ناقش العلماء الاحتمال لأول مرة، أُسيء فهم الفكرة على نطاق واسع. ركزت المخاوف العامة على احتمال أن ينتج مصادم الهادرونات الكبير ثقوباً سوداء مستقرة، رغم أن الثقوب السوداء الكمية