Міжрегіональна Академія управління персоналом

Головне завдання Великого адронного коллайдера — з'ясувати пристрій нашого світу на відстанях менше 10-19 м, «прощупав» його частинками з енергією декілька Тев. До теперішнього часу вже накопичилося багато непрямих свідчень того, що на цьому масштабі фізикам повинен відкритися якийсь «новий пласт реальності», вивчення якого дасть відповіді на багато питань фундаментальної фізики. Яким саме буде цей пласт реальності — заздалегідь не відомо. Теоретики, звичайно, запропонували вже сотні різноманітних явищ, які могли б спостерігатися на енергіях зіткнень в кілька Тев, але саме експеримент покаже, що насправді реалізується в природі.

Одна з найбільш захоплюючих ідей, запропонованих теоретиками в останні десятиліття, полягає в тому, що гравітація може в певних ситуаціях стати дуже сильною на відстанях менше 10-19 м. А одне з найяскравіших гіпотези наслідків сильної гравітації полягає в тому, що в зіткненні високоенергетичних частинок будуть поряд зі звичайними частинками народжуватися мікроскопічні чорні діри. Для фізиків це одна з цікавих екзотичних можливостей, які корисно перевірити на LHC. Пошук мікроскопічних чорних дір полягає у перебиранні накопичених даних і пошуку саме тих комбінацій частинок, які характерні для народження і розпаду чорних дір.

15 грудня колаборація CMS опублікувала статтю, в якій повідомляється про результати першого цілеспрямованого пошуку проявів мікроскопічних чорних дір у протон-протонних зіткненнях з повною енергією 7 Тев. Стаття доступна в архіві електронних препринтів під номером arXiv:1012.3375. Пошук вівся статистикою, відповідної інтегральної світності 35 pb–1 — це майже всі дані, накопичені детектором в 2010 році. Критерієм для виділення кандидатів в чорні діри було народження кількох частинок з аномально великим поперечним імпульсом (точніше кажучи, для аналізу використовувалася так звана «поперечна енергія» — енергія, яку мала б частинка, якщо б її поздовжній імпульс дорівнює нулю).

Варто підкреслити характерну відмінність чорних дірок від будь-яких інших гіпотетичних масивних частинок, які могли б народжуватися і розпадатися в таких сутичках. Звичайні частинки, який би природи вони не були, так чи інакше мають свої «переваги», на що розпадатися. Скажімо, хиггсовский бозон воліє розпадатися на важкі частинки і практично не розпадається на легені. Гіпотетичні порушені кварки будуть розпадатися на кварки, але не на електрони або мюоны.

Чорні ж діри відрізняються від них своєю «демократичністю» — вони повинні випаровуватися, випускаючи частки всіх можливих типів безвідносно до того, що це за частки і як вони взаємодіють. У распадах мікроскопічних чорних дір переважають кварки і глюони (просто тому, що їх більше, у них є додаткова характеристика «колір»), але також з'являються і фотони, електрони, і мюоны, і нейтрино. Тому при пошуку мікроскопічних чорних дір слід звертати увагу на будь-які частинки з великим поперечним імпульсом.

На підставі цих даних проведених раніше експериментів фізики змогли накласти обмеження на маси мікроскопічних чорних дір . Стаття з результатами дослідження з'явилася в архіві е-принтів (arXiv:1202.6396). Обсяг обробленої статистики зріс в сто з гаком разів, що дозволило істотно поліпшити чутливість аналізу (іншими словами, детектор став відчувати набагато більш рідкісні події). Обмеження знизу на масу чорних дір зросла незначно і становить від 3,8 до 5,3 Тев в залежності від моделі.

У п'ятницю 16 березня на Великому адронному колайдері був поставлений новий рекорд: протони були вперше розігнані до енергії 4 Тев. Планується, що саме на такій енергії LHC буде працювати весь 2012 рік. Такі енергії, як бачимо, вже можуть призвести до народження і моментального розпаду мікроскопічних чорних дір на Великому адронному колайдері. Їх виявлення стало б чудовим відкриттям коллайдера. Ми напередодні великої події?