Les collisions les plus puissantes du LHC n'ont toujours livré aucune trace des minuscules trous noirs recherchés par les physiciens.
Certaines théories prévoient que des trous noirs microscopiques pourraient apparaître lors de collisions de particules à très haute énergie. S'ils étaient produits dans le Grand collisionneur de hadrons, ou LHC, ils disparaîtraient presque immédiatement.
L'expérience CMS du LHC
Image : CERN
Les chercheurs ont analysé des collisions de protons enregistrées entre 2016 et 2018 par CMS, l'un des grands détecteurs du LHC. Un éventuel micro-trou noir se désintégrerait aussitôt en produisant de nombreuses particules. Celles-ci partiraient dans plusieurs directions avec une énergie totale très élevée.
Pour repérer ces événements rares, l'équipe a utilisé une nouvelle méthode associée à l'apprentissage automatique. Elle compare la manière dont les particules sont réparties après chaque collision. Le but est de distinguer une éventuelle signature inhabituelle du grand nombre de collisions expliquées par la physique déjà connue.
Aucun signal attribuable à ces trous noirs n'est apparu. Dans les modèles testés, les résultats excluent des trous noirs microscopiques dont la masse serait inférieure à une limite comprise entre environ 9,0 et 11,4 TeV. Cette unité est couramment utilisée en physique des particules pour exprimer une énergie et, par équivalence, une masse.
Pourquoi chercher de tels objets ? Certaines théories proposent l'existence de dimensions supplémentaires de l'espace, invisibles à notre échelle. Dans ces modèles, la gravité pourrait devenir beaucoup plus forte sur de très petites distances. Des collisions du LHC pourraient alors atteindre les conditions nécessaires à la formation de micro-trous noirs.
L'absence de détection élimine une partie des possibilités prévues par les modèles étudiés. Plus les expériences excluent de domaines, plus elles réduisent l'espace dans lequel une nouvelle physique pourrait encore se cacher.
La même étude a aussi recherché un autre phénomène hypothétique appelé sphaléron, sans en trouver de trace. Les prochaines données pourront aller plus loin : le futur LHC à haute luminosité doit fournir beaucoup plus de collisions, augmentant les chances de repérer des phénomènes extrêmement rares, voire… des micro-trous noirs.