Fizycy z UC Santa Barbara posunęli poszukiwania mikroskopijnych czarnych dziur w Wielkim Zderzaczu Hadronów (LHC) w Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych (CERN) na nowy teren - i, jak to w fizyce cząstek jest w zwyczaju, nic nie znaleźli. Co, jak śpieszą dodać, wciąż jest czymś.

Te hipotetyczne czarne dziury byłyby niezwykle małe i krótkotrwałe. Gdyby można było je wytworzyć w LHC, ich istnienie mogłoby pomóc fizykom odpowiedzieć na niektóre z najgłębszych pytań dotyczących czasoprzestrzeni i grawitacji. Poszukiwania dały również naukowcom szansę na przetestowanie nowej techniki wykrywania rzadkich i wcześniej nieznanych cząstek, bo czemu marnować całkiem dobry wynik zerowy?

"Gdybyśmy znaleźli dowody, moglibyśmy zacząć bezpośrednio badać grawitację kwantową" - powiedział Tamas Vami, badacz w eksperymencie Compact Muon Solenoid (CMS), który odbywa staż podoktorski pod kierunkiem profesora fizyki UCSB Joe Incandeli. "To krok w kierunku unifikacji wszystkich znanych sił fundamentalnych, co jest celem fizyków od ponad wieku". Więc bez presji.

Poszukiwania nie ujawniły dowodów na istnienie kwantowych czarnych dziur. Ale w fizyce cząstek niepowodzenie w wykryciu czegoś wciąż może dostarczyć ważnych informacji, wykluczając, gdzie to coś mogłoby istnieć - dyscyplina zbudowana niemal w całości na naukowym odpowiedniku sprawdzania pod kanapą.

"To nie jest ślepy zaułek" - powiedział Danyi Zhang, doktorant w Laboratorium Incandeli. "Wynik to granica wykluczenia, co jest prawdziwym, publikowalnym stwierdzeniem: 'Gdyby ta rzecz istniała z tymi właściwościami, widzielibyśmy ją. Nie widzieliśmy, więc możemy ją tutaj wykluczyć'. To autentyczna wiedza o tym, jak działa wszechświat". Autentyczna wiedza, dostarczona w formie wzruszenia ramionami w bardzo konkretnym zakresie energii.

Jedną z głównych zagadek fizyki fundamentalnej jest ogromna różnica między skalą wszechświata, którego doświadczamy, a skalą Plancka, fundamentalną skalą energii związaną z grawitacją kwantową. Niektórzy fizycy zaproponowali, że nowa fizyka lub nieodkryta symetria mogłyby wyjaśnić tę różnicę. Co kluczowe, niektóre z tych efektów mogą pojawić się na poziomach energii osiągalnych dla LHC.

Lata eksperymentów już wyeliminowały wiele teoretycznych możliwości, a ciągły brak wyraźnych oznak nowej fizyki w LHC stał się poważnym wyzwaniem dla badaczy. Ale podobne sytuacje zdarzały się wcześniej. Okresy, w których istniejące teorie z trudem wyjaśniały obserwacje, czasami prowadziły do radykalnie nowych ram, w tym teorii względności Einsteina. Z tego powodu badacze twierdzą, że wyniki zerowe są ważną częścią postępu naukowego. Każdy z nich zmniejsza liczbę żywotnych możliwości i pomaga określić, gdzie powinny szukać przyszłe eksperymenty. To zasadniczo najdroższa gra w Marco Polo na świecie.

Wyniki Vamiego i Zhanga zostały opublikowane w czasopiśmie Progress in High Energy Physics (PHEP).

Możliwość wytwarzania czarnych dziur w LHC pojawiła się około dwóch dekad temu. Fizycy zaproponowali, że jeśli wystarczająca ilość energii zostałaby skoncentrowana w niezwykle małym obszarze, a jeśli istnieją dodatkowe wymiary przestrzenne (które są już wymagane w teorii strun), to kwantowe czarne dziury mogłyby powstać podczas bilionów zderzeń proton-proton wytwarzanych przez akcelerator.

Te obiekty nie byłyby niczym podobne do ogromnych astrofizycznych czarnych dziur znajdowanych w całym wszechświecie.

"Nie utrzymywałyby się długo - gdybyś jedną stworzył, natychmiast by się rozpadła" - powiedział Steven Giddings, teoretyk fizyki z UCSB, ekspert w paradoksalnych implikacjach łączenia mechaniki kwantowej z grawitacją i jeden z nielicznych naukowców w tamtym czasie, którzy zaproponowali, że w pewnych warunkach te maleńkie dziury w czasoprzestrzeni mogą istnieć.

Kiedy naukowcy po raz pierwszy dyskutowali o tej możliwości, idea została szeroko niezrozumiana. Publiczne obawy skupiły się na możliwości, że LHC może stworzyć stabilne czarne dziury, mimo że kwantowe czarne dziury