Die energiereichsten Kollisionen des LHC haben noch immer keine Spur der winzigen Schwarzen Löcher geliefert, nach denen Physiker suchen.
Einige Theorien sagen voraus, dass bei Kollisionen von Teilchen mit sehr hoher Energie mikroskopisch kleine Schwarze Löcher entstehen könnten. Wenn sie im Large Hadron Collider, kurz LHC, erzeugt würden, würden sie fast sofort wieder verschwinden.
Das CMS-Experiment am LHC
Bild: CERN
Die Forschenden analysierten Protonenkollisionen, die CMS, einer der großen Detektoren des LHC, zwischen 2016 und 2018 aufgezeichnet hatte. Ein mögliches mikroskopisch kleines Schwarzes Loch würde sofort zerfallen und dabei zahlreiche Teilchen erzeugen. Diese würden sich mit einer insgesamt sehr hohen Energie in mehrere Richtungen bewegen.
Um diese seltenen Ereignisse aufzuspüren, verwendete das Team eine neue Methode, die mit maschinellem Lernen kombiniert wurde. Sie vergleicht, wie die Teilchen nach jeder Kollision verteilt sind. Ziel ist es, eine mögliche ungewöhnliche Signatur von der großen Zahl an Kollisionen zu unterscheiden, die durch die bereits bekannte Physik erklärt werden.
Es zeigte sich kein Signal, das diesen Schwarzen Löchern zugeschrieben werden könnte. In den getesteten Modellen schließen die Ergebnisse mikroskopisch kleine Schwarze Löcher aus, deren Masse unter einer Grenze zwischen etwa 9,0 und 11,4 TeV liegen würde. Diese Einheit wird in der Teilchenphysik häufig verwendet, um eine Energie und durch Äquivalenz auch eine Masse auszudrücken.
Warum nach solchen Objekten suchen? Einige Theorien postulieren die Existenz zusätzlicher Dimensionen des Raums, die auf unserer Maßstabsebene unsichtbar sind. In diesen Modellen könnte die Gravitation auf sehr kleinen Distanzen viel stärker werden. Kollisionen am LHC könnten dann die für die Entstehung mikroskopisch kleiner Schwarzer Löcher erforderlichen Bedingungen erreichen.
Der fehlende Nachweis schließt einen Teil der von den untersuchten Modellen vorhergesagten Möglichkeiten aus. Je mehr Bereiche die Experimente ausschließen, desto stärker verkleinern sie den Raum, in dem sich neue Physik noch verbergen könnte.
Dieselbe Studie suchte außerdem nach einem anderen hypothetischen Phänomen namens Sphaleron, fand dafür jedoch ebenfalls keine Spur. Die nächsten Daten könnten noch weiter führen: Der zukünftige Hochluminositäts-LHC soll deutlich mehr Kollisionen liefern und damit die Chancen erhöhen, extrem seltene Phänomene aufzuspüren – vielleicht sogar … mikroskopisch kleine Schwarze Löcher.