Fyzici při hledání mikroskopických kvantových černých děr v datech z Velkého hadronového urychlovače (LHC) žádný přesvědčivý signál nenašli. Analýza událostí zaznamenaných detektorem CMS v letech 2016 až 2018 ale zpřísnila omezení pro teorie, které předpokládají existenci dodatečných prostorových rozměrů a silnější gravitace na velmi malých vzdálenostech. Studie vyšla v časopise Progress in High Energy Physics.
Kvantové černé díry jsou hypotetické objekty, které by se od černých děr ve vesmíru zásadně lišily velikostí i dobou existence. Podle některých modelů by mohly vzniknout při srážkách částic, pokud by dodatečné rozměry prostoru snížily efektivní škálu, na níž se projevuje gravitace. Takový objekt by se téměř okamžitě rozpadl na běžné částice, takže by po něm nezůstala dlouhodobá černá díra, ale pouze charakteristický vzorec částic v detektoru.
Výzkumníci proto hledali srážky s neobvykle vysokou energií a s přibližně kulovým rozložením vzniklých částic. Tato vlastnost, označovaná jako sféricita, vyjadřuje, nakolik energie po srážce míří do různých směrů místo toho, aby se soustředila do několika úzkých proudů. Tým zároveň vyzkoušel novou metodu nazvanou vzdálenost ve fázovém prostoru. Fázový prostor je vícerozměrný matematický popis systému, který zahrnuje například energie a hybnosti částic.
Metoda byla spojena s řízeným strojovým učením pomocí takzvaného podpůrného vektorového stroje. Algoritmus převáděl podobnost jednotlivých událostí se zkoumaným signálem do jediného skóre. Autoři uvádějí, že při porovnání se samotnou sféricitou dokázal tento postup lépe rozlišovat potenciální signál od obrovského množství běžných srážek popsaných standardním modelem částic. Šlo o první použití metody vzdálenosti ve fázovém prostoru v analýze dat z částicové fyziky.
Výsledek však zůstal záporný: data neposkytla důkaz produkce kvantových černých děr. V rámci zkoumaných teoretických modelů analýza podle autorů vylučuje jejich výskyt přibližně do energetické škály 12 teraelektronvoltů. Omezení se týká také teorií s dodatečnými rozměry. Při parametrech uvažovaných ve studii z něj podle ScienceDaily vyplývá, že tyto modely nemohou připouštět více než dva dodatečné rozměry. Nejde ale o důkaz, že dodatečné rozměry neexistují; závěr platí pouze pro konkrétní předpoklady testovaných modelů.
Hledání souvisí s takzvaným hierarchickým problémem, tedy s otázkou, proč se škála elektroslabých interakcí tolik liší od Planckovy škály spojované s kvantovou gravitací. Dodatečné rozměry představují jeden z návrhů, jak tento rozdíl vysvětlit, nikoli potvrzené řešení. Absence signálu proto teorii kvantové gravitace neuzavírá, ale zužuje prostor možností, které mohou další experimenty testovat. Autoři stejnou analýzou hledali také hypotetické sfalerony, nestabilní konfigurace kvantových polí, a ani u nich nenašli důkaz. Větší množství dat by měl v budoucnu nabídnout plánovaný High-Luminosity Large Hadron Collider.
Zdroj: ScienceDaily
Tento článek byl vytvořen s pomocí umělé inteligence a redakčně zkontrolován.