Физики из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре продвинули поиск микроскопических чёрных дыр на Большом адронном коллайдере (БАК) в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН) на новую территорию — и, как это принято в физике элементарных частиц, ничего не нашли. Что, спешат они добавить, всё равно кое-что.

Эти гипотетические чёрные дыры были бы чрезвычайно малы и недолговечны. Если бы их можно было получить на БАК, их существование могло бы помочь физикам ответить на некоторые из самых глубоких нерешённых вопросов о пространстве-времени и гравитации. Поиск также дал исследователям возможность протестировать новую методику обнаружения редких и ранее неизвестных частиц — потому что зачем тратить впустую идеально хороший нулевой результат?

«Если бы мы нашли доказательства, мы могли бы начать напрямую изучать квантовую гравитацию, — сказал Тамаш Вами, исследователь в эксперименте Компактного мюонного соленоида (CMS), выполняющий постдокторскую работу под руководством профессора физики UCSB Джо Инканделы. — Это шаг к объединению всех известных фундаментальных сил, что было целью физиков более века». Так что, никакого давления.

Поиск не выявил доказательств существования квантовых чёрных дыр. Но в физике элементарных частиц неудача в обнаружении чего-либо всё ещё может дать важную информацию, исключая места, где это могло бы существовать, — дисциплина, построенная почти полностью на научном эквиваленте проверки под диваном.

«Это не тупик, — сказал научный сотрудник-выпускник лаборатории Инканделы Даньи Чжан. — Результат — это предел исключения, что является реальным, публикуемым утверждением: „Если бы эта штука существовала с такими свойствами, мы бы её увидели. Мы не увидели, значит, можем исключить её здесь“. Это подлинное знание о том, как работает Вселенная». Подлинное знание, преподнесённое в форме пожатия плечами в очень конкретном диапазоне энергий.

Одна из главных загадок фундаментальной физики связана с огромной разницей между масштабом Вселенной, который мы ощущаем, и планковским масштабом — фундаментальным энергетическим масштабом, связанным с квантовой гравитацией. Некоторые физики предположили, что новая физика или неоткрытая симметрия могли бы объяснить эту разницу. Что критически важно, некоторые из этих эффектов могли бы проявиться на энергетических уровнях, доступных БАК.

Годы экспериментов уже исключили многие теоретические возможности, и продолжающееся отсутствие чётких признаков новой физики на БАК стало серьёзным вызовом для исследователей. Но подобные ситуации случались и раньше. Периоды, когда существующие теории с трудом объясняли наблюдения, иногда приводили к радикально новым框架, включая теорию относительности Эйнштейна. По этой причине исследователи говорят, что нулевые результаты — важная часть научного прогресса. Каждый из них сокращает число жизнеспособных возможностей и помогает определить, где должны искать будущие эксперименты. Это, по сути, самая дорогая в мире игра в «Марко Поло».

Результаты Вами и Чжана опубликованы в журнале Progress in High Energy Physics (PHEP).

Возможность создания чёрных дыр на БАК возникла примерно два десятилетия назад. Физики предположили, что если достаточно энергии сконцентрировать в чрезвычайно малой области и если существуют дополнительные пространственные измерения (которые уже требуются в теории струн), то квантовые чёрные дыры могут образоваться во время триллионов протон-протонных столкновений, создаваемых ускорителем.

Эти объекты были бы совсем не похожи на огромные астрофизические чёрные дыры, встречающиеся во Вселенной.

«Они не задержались бы надолго — если бы вы создали одну, она немедленно распалась бы, — сказал теоретик физики UCSB Стивен Гиддингс, эксперт по парадоксальным следствиям объединения квантовой механики с гравитацией и один из немногих учёных того времени, кто предположил, что при определённых условиях эти крошечные пустоты в пространстве-времени могли бы существовать».

Когда учёные впервые обсуждали эту возможность, идея была широко неправильно понята. Общественная обеспокоенность сосредоточилась на возможности того, что БАК может создать стабильные чёрные дыры, хотя квантовые чёрные дыры