유럽 핵연구기구(CERN)의 대형 강입자 충돌기(LHC)에서 미세 블랙홀을 찾는 연구가 UC 산타바바라의 물리학자들에 의해 새로운 영역으로 밀려났다. 그리고 입자물리학의 전통대로, 아무것도 발견되지 않았다. 하지만 그들은 서둘러 덧붙인다. 그것도 여전히 성과라고.

이 가상의 블랙홀은 극도로 작고 수명이 짧을 것이다. 만약 LHC에서 생성될 수 있다면, 그 존재는 물리학자들이 시공간과 중력에 관한 가장 깊은 미해결 질문들을 다루는 데 도움을 줄 수 있다. 이번 탐색은 또한 연구자들에게 희귀하고 이전에 알려지지 않은 입자를 찾는 새로운 기법을 시험할 기회를 주었다. 완벽하게 쓸모 있는 무결과를 낭비할 이유가 어디 있겠는가?

"만약 증거를 발견했다면, 우리는 양자 중력을 직접 연구하기 시작할 수 있었을 것입니다,"라고 CMS(컴팩트 뮤온 솔레노이드) 실험의 연구원이자 UC 산타바바라 물리학과 조 인칸델라 교수의 지도 아래 박사후 연구를 수행 중인 타마스 바미가 말했다. "이는 알려진 모든 기본 힘을 통일하는 방향으로 나아가는 한 걸음이며, 물리학자들이 100년 이상 목표로 삼아온 것입니다." 그러니 부담 갖지 말자.

이번 탐색은 양자 블랙홀의 증거를 발견하지 못했다. 그러나 입자물리학에서는 무언가를 탐지하지 못하는 것도 그것이 존재할 수 있는 곳을 배제함으로써 중요한 정보를 제공할 수 있다. 이는 거의 전적으로 소파 밑을 확인하는 과학적 등가물 위에 세워진 학문이다.

"이것은 막다른 길이 아닙니다,"라고 인칸델라 연구소의 대학원생 연구원 단이 장이 말했다. "이 결과는 배제 한계이며, 이는 실제로 발표 가능한 진술입니다: '만약 이 물질이 이러한 특성으로 존재했다면, 우리는 그것을 보았을 것입니다. 보지 못했으므로, 여기서는 배제할 수 있습니다.' 그것은 우주가 어떻게 작동하는지에 대한 진정한 지식입니다." 매우 특정한 에너지 범위에서 어깨를 으쓱하는 형태로 전달된 진정한 지식.

기초 물리학의 주요 수수께끼 중 하나는 우리가 경험하는 우주의 규모와 양자 중력과 관련된 근본적인 에너지 규모인 플랑크 규모 사이의 엄청난 차이를 포함한다. 일부 물리학자들은 새로운 물리학이나 발견되지 않은 대칭성이 이 차이를 설명할 수 있다고 제안했다. 결정적으로, 그러한 효과 중 일부는 LHC가 도달할 수 있는 에너지 수준에서 나타날 수 있다.

수년간의 실험은 이미 많은 이론적 가능성을 제거했으며, LHC에서 새로운 물리학의 명확한 징후가 계속 부재하는 것은 연구자들에게 주요 도전이 되었다. 그러나 비슷한 상황이 이전에도 발생했다. 기존 이론이 관측을 설명하는 데 어려움을 겪던 시기는 때때로 아인슈타인의 상대성 이론을 포함한 근본적으로 새로운 틀을 이끌어냈다. 그런 이유로 연구자들은 무결과가 과학적 진보의 중요한 부분이라고 말한다. 각각의 무결과는 가능한 가능성의 수를 줄이고 미래 실험이 어디를 봐야 할지 결정하는 데 도움을 준다. 그것은 본질적으로 세계에서 가장 비싼 마르코 폴로 게임이다.

바미와 장의 결과는 저널 《고에너지 물리학의 진보》(PHEP)에 게재되었다.

LHC에서 블랙홀을 생성할 가능성은 약 20년 전에 등장했다. 물리학자들은 충분한 에너지가 극도로 작은 영역에 집중되고, 추가 공간 차원(끈 이론에서 이미 요구되는)이 존재한다면, 가속기가 생성하는 수조 번의 양성자-양성자 충돌 중에 양자 블랙홀이 형성될 수 있다고 제안했다.

이러한 물체는 우주 전체에서 발견되는 거대한 천체물리학적 블랙홀과는 전혀 다를 것이다.

"그것들은 오래 머물지 않을 것입니다. 만약 하나를 만든다면, 즉시 붕괴할 것입니다,"라고 양자역학과 중력을 결합할 때의 역설적 함의에 대한 전문가이자 당시 특정 조건에서 이러한 시공간의 작은 구멍이 존재할 수 있다고 제안한 몇 안 되는 과학자 중 한 명인 UC 산타바바라 물리학 이론가 스티븐 기딩스가 말했다.

과학자들이 처음 이 가능성을 논의했을 때, 그 아이디어는 널리 오해되었다. 대중의 우려는 LHC가 안정적인 블랙홀을 생성할 가능성에 집중되었지만, 양자 블랙홀은...