I fisici dell'UC Santa Barbara hanno spinto la ricerca di buchi neri microscopici al Large Hadron Collider (LHC) del Centro Europeo per la Ricerca Nucleare (CERN) in un nuovo territorio - e, come da tradizione nella fisica delle particelle, non hanno trovato nulla. Il che, si affrettano ad aggiungere, è comunque qualcosa.

Questi ipotetici buchi neri sarebbero straordinariamente piccoli ed effimeri. Se potessero essere prodotti all'LHC, la loro esistenza potrebbe aiutare i fisici ad affrontare alcune delle più profonde domande irrisolte sullo spaziotempo e sulla gravità. La ricerca ha anche dato ai ricercatori l'opportunità di testare una nuova tecnica per trovare particelle rare e precedentemente sconosciute, perché mai sprecare un risultato nullo perfettamente valido?

"Se avessimo trovato prove, avremmo potuto iniziare a studiare direttamente la gravità quantistica", ha detto Tamas Vami, ricercatore nell'esperimento Compact Muon Solenoid (CMS) che sta svolgendo il suo post-dottorato sotto la guida del professor Joe Incandela del dipartimento di fisica dell'UCSB. "È un passo verso l'unificazione di tutte le forze fondamentali conosciute, che è stato un obiettivo dei fisici per più di un secolo." Quindi, nessuna pressione.

La ricerca non ha rivelato prove di buchi neri quantistici. Ma nella fisica delle particelle, non riuscire a rilevare qualcosa può comunque fornire informazioni importanti escludendo dove potrebbe esistere - una disciplina costruita quasi interamente sull'equivalente scientifico del controllare sotto il divano.

"Non è un vicolo cieco", ha detto Danyi Zhang, studentessa ricercatrice del laboratorio di Incandela. "Il risultato è un limite di esclusione, che è un'affermazione reale e pubblicabile: 'Se questa cosa esistesse con queste proprietà, l'avremmo vista. Non l'abbiamo vista, quindi possiamo escluderla qui.' Questa è conoscenza genuina su come funziona l'universo." Conoscenza genuina, consegnata sotto forma di un'alzata di spalle a una gamma di energia molto specifica.

Uno dei principali enigmi della fisica fondamentale riguarda l'enorme differenza tra la scala dell'universo che sperimentiamo e la scala di Planck, la scala energetica fondamentale associata alla gravità quantistica. Alcuni fisici hanno proposto che una nuova fisica o una simmetria non scoperta potrebbe spiegare questa differenza. Fondamentalmente, alcuni di questi effetti potrebbero apparire a livelli di energia che l'LHC può raggiungere.

Anni di esperimenti hanno già eliminato molte possibilità teoriche, e la continua assenza di chiari segni di nuova fisica all'LHC è diventata una sfida importante per i ricercatori. Ma situazioni simili si sono verificate prima. Periodi in cui le teorie esistenti faticavano a spiegare le osservazioni hanno talvolta portato a quadri radicalmente nuovi, inclusa la teoria della relatività di Einstein. Per questo motivo, i ricercatori affermano che i risultati nulli sono una parte importante del progresso scientifico. Ognuno riduce il numero di possibilità valide e aiuta a determinare dove dovrebbero guardare gli esperimenti futuri. È, essenzialmente, la partita di Marco Polo più costosa del mondo.

I risultati di Vami e Zhang sono pubblicati sulla rivista Progress in High Energy Physics (PHEP).

La possibilità di produrre buchi neri all'LHC è emersa circa due decenni fa. I fisici proposero che se sufficiente energia fosse concentrata in una regione estremamente piccola, e se esistessero dimensioni spaziali extra (già richieste nella teoria delle stringhe), allora i buchi neri quantistici potrebbero formarsi durante i trilioni di collisioni protone-protone create dall'acceleratore.

Questi oggetti non sarebbero per nulla simili agli enormi buchi neri astrofisici trovati in tutto l'universo.

"Non rimarrebbero in giro molto a lungo - se ne creassi uno, si disintegrerebbe immediatamente", ha detto Steven Giddings, teorico della fisica dell'UCSB, esperto delle implicazioni paradossali della combinazione della meccanica quantistica con la gravità, e uno dei pochi scienziati all'epoca che proposero che in certe condizioni questi minuscoli vuoti nello spaziotempo potessero esistere.

Quando gli scienziati discussero per la prima volta la possibilità, l'idea fu ampiamente fraintesa. Le preoccupazioni pubbliche si concentrarono sulla possibilità che l'LHC potesse creare buchi neri stabili, anche se i buchi neri quantistici