Fizicienii de la UC Santa Barbara au împins căutarea găurilor negre microscopice la Large Hadron Collider (LHC) de la Centrul European pentru Cercetare Nucleară (CERN) în teritoriu nou - și, cum e tradiția în fizica particulelor, nu au găsit nimic. Ceea ce, se grăbesc ei să adauge, este totuși ceva.

Aceste găuri negre ipotetice ar fi extraordinar de mici și de scurtă durată. Dacă ar putea fi produse la LHC, existența lor ar putea ajuta fizicienii să abordeze unele dintre cele mai profunde întrebări fără răspuns despre spațiu-timp și gravitație. Căutarea le-a oferit, de asemenea, cercetătorilor șansa de a testa o nouă tehnică pentru a găsi particule rare și anterior necunoscute, pentru că de ce să irosești un rezultat nul perfect bun?

„Dacă am fi găsit dovezi, am fi putut începe să studiem direct gravitația cuantică”, a declarat Tamas Vami, cercetător în cadrul experimentului Compact Muon Solenoid (CMS), care își desfășoară activitatea postdoctorală sub îndrumarea profesorului de fizică de la UCSB, Joe Incandela. „Este un pas spre unificarea tuturor forțelor fundamentale cunoscute, ceea ce a fost un obiectiv al fizicienilor de peste un secol.” Deci, fără presiune.

Căutarea nu a descoperit dovezi ale găurilor negre cuantice. Dar în fizica particulelor, eșecul de a detecta ceva poate oferi totuși informații importante prin eliminarea locurilor unde ar putea exista - o disciplină construită aproape în întregime pe echivalentul științific al verificării sub canapea.

„Nu este un drum fără ieșire”, a spus Danyi Zhang, cercetător student absolvent în cadrul Laboratorului Incandela. „Rezultatul este o limită de excludere, care este o afirmație reală, publicabilă: «Dacă acest lucru ar exista cu aceste proprietăți, l-am fi văzut. Nu l-am văzut, așa că îl putem exclude aici.» Aceasta este cunoaștere autentică despre modul în care funcționează universul.” Cunoaștere autentică, livrată sub forma unui ridicat din umeri la un interval de energie foarte specific.

Una dintre marile enigme ale fizicii fundamentale implică diferența enormă dintre scara universului pe care îl experimentăm și scara Planck, scara fundamentală de energie asociată cu gravitația cuantică. Unii fizicieni au propus că o nouă fizică sau o simetrie nedescoperită ar putea explica această diferență. Crucially, unele dintre aceste efecte ar putea apărea la niveluri de energie pe care LHC le poate atinge.

Ani de experimente au eliminat deja multe posibilități teoretice, iar absența continuă a unor semne clare de fizică nouă la LHC a devenit o provocare majoră pentru cercetători. Dar situații similare s-au mai întâmplat. Perioadele în care teoriile existente se străduiau să explice observațiile au dus uneori la cadre radical noi, inclusiv teoria relativității a lui Einstein. Din acest motiv, cercetătorii spun că rezultatele nule sunt o parte importantă a progresului științific. Fiecare reduce numărul de posibilități viabile și ajută la determinarea locului unde ar trebui să privească experimentele viitoare. Este, în esență, cel mai scump joc de Marco Polo din lume.

Rezultatele lui Vami și Zhang sunt publicate în revista Progress in High Energy Physics (PHEP).

Posibilitatea producerii găurilor negre la LHC a apărut acum aproximativ două decenii. Fizicienii au propus că, dacă suficientă energie ar fi concentrată într-o regiune extrem de mică și dacă ar exista dimensiuni spațiale suplimentare (care sunt deja necesare în teoria corzilor), atunci găurile negre cuantice s-ar putea forma în timpul trilioanelor de ciocniri proton-proton create de accelerator.

Aceste obiecte nu ar fi deloc ca enorme găuri negre astrofizice găsite în întregul univers.

„Nu ar rămâne mult timp - dacă ai face una, s-ar dezintegra imediat”, a spus Steven Giddings, teoretician în fizică la UCSB, expert în implicațiile paradoxale ale combinării mecanicii cuantice cu gravitația și unul dintre puținii oameni de știință de la acea vreme care au propus că, în anumite condiții, aceste mici goluri în spațiu-timp ar putea exista.

Când oamenii de știință au discutat pentru prima dată posibilitatea, ideea a devenit larg neînțeleasă. Îngrijorările publice s-au concentrat pe posibilitatea ca LHC să creeze găuri negre stabile, deși găurile negre cuantice