Υπάρχουν κβαντικές μαύρες τρύπες που εξατμίζονται «ακαριαία»;

Το πείραμα CMS, χρησιμοποιώντας και τεχνητή νοημοσύνη, αναζήτησε μικροσκοπικές κβαντικές μαύρες τρύπες που εξατμίζονται στιγμιαία.

Οι μαύρες τρύπες που ψάχνουν οι αστροφυσικοί είναι οι «κλασικές» μαύρες τρύπες, αυτές που προκύπτουν όταν πεθαίνουν τα άστρα καθώς καταρρέουν βαρυτικά ή τις υπερμαζικές μαύρες τρύπες που βρίσκονται στα κέντρα των γαλαξιών. Υπάρχουν όμως ορισμένες θεωρίες, σύμφωνα με τις οποίες το σύμπαν μας μπορεί να διαθέτει περισσότερες από τις τρεις γνωστές χωρικές διαστάσεις (ύψος, μήκος, πλάτος), ανοίγοντας έτσι την πιθανότητα ενός εντελώς διαφορετικού είδους μαύρων τρυπών (Arkani-Hamed–Dimopoulos–Dvali και Randall–Sundrum). Των μικροσκοπικών-κβαντικών μαύρων τρυπών που «εξατμίζονται» σχεδόν ακαριαία, εκπέμποντας ακτινοβολία Hawking, απελευθερώνοντας μια χαρακτηριστική έκρηξη σωματιδίων που θα μπορούσαν να ανιχνεύσουν ανιχνευτές όπως το CMS στο CERN.

Για να ελέγξει αυτή την πιθανότητα, το πείραμα CMS πραγματοποίησε μία από τις πιο ολοκληρωμένες αναζητήσεις μικροσκοπικών μαύρων τρυπών μέχρι σήμερα, καθώς και άλλων εξωτικών φαινομένων. Η έρευνα χρησιμοποιεί τα δεδομένα που συλλέχθηκαν από το 2016 έως το 2018, όταν στον LHC πραγματοποιήθηκαν συγκρούσεις δεσμών πρωτονίων με ενέργειες 13 TeV (ως προς το κέντρο μάζας). Το σύνολο των δεδομένων περιέχει περισσότερα από 10¹⁶ γεγονότα συγκρούσεων.

Κατά την ανάλυση τέτοιων συνόλων δεδομένων με τεράστιο αριθμό γεγονότων, είναι πιθανόν να δούμε στοιχεία που ταιριάζουν με μια νέα θεωρία. Στην απεικόνιση τέτοιων συμβάντων – όπως για παράδειγμα σ’ αυτό που βλέπουμε στην παρακάτω εικόνα – εμφανίζονται σωματίδια υψηλής ενέργειας (πίδακες), που ταιριάζουν με τα προϊόντα από την εξάτμιση μιας μικροσκοπικής μαύρης τρύπας. Θα μπορούσε επίσης να είναι κάτι πιο συνηθισμένο – όπως μια «κανονική» σύγκρουση που τυχαία παράγει ένα ασυνήθιστο μοτίβο που μοιάζει με νέα φυσική. Επομένως, πρέπει να εξετάσουμε την στατιστική των δεδομένων μας για να δούμε αν έχουμε περισσότερα γεγονότα τέτοιου είδους, σε σχέση με αυτά που αναμένονται μόνο από τις διεργασίες «υποβάθρου».

Ένα συμβάν που καταγράφηκε στον ανιχνευτή CMS δείχνει μια υπογραφή που συμφωνεί με την παραγωγή μιας μικροσκοπικής μαύρης τρύπας. Η μαύρη τρύπα διασπάται ακαριαία, παράγοντας σωματίδια που σχηματίζουν πίδακες – οι πορτοκαλί κώνοι (μπορείτε να δείτε αυτό το συμβάν διαδραστικά πατώντας εδώ: cms3d.web.cern)

Η ανάλυση των δεδομένων, με την βοήθεια μοντέλων τεχνητής νοημοσύνης, δεν ανέδειξε στοιχεία που αποδεικνύουν την δημιουργία μικροσκοπικών μαύρων τρυπών. Αλλά η αναζήτηση έθεσε τα πιο αυστηρά ανώτατα όρια μέχρι σήμερα. Η μελέτη αποκλείει μαύρες τρύπες με μάζες κάτω από περίπου 9,0 έως 11,4 TeV, ανάλογα με το μοντέλο – επεκτείνοντας σημαντικά τα όρια σε σχέση με προηγούμενες αναζητήσεις. Για πολλά σενάρια, η παρουσία περισσότερων από δύο επιπλέον χωρικών διαστάσεων αποκλείεται με βεβαιότητα 95%.

Ανώτατα όρια στον ρυθμό παραγωγής μαύρων τρυπών και οι αντίστοιχες μάζες τους που αποκλείονται, σε σύγκριση με προηγούμενα αποτελέσματα.

Αυτά τα ευρήματα διευρύνουν τα όρια της κατανόησής μας για μερικά από τα πιο εξωτικά αντικείμενα του σύμπαντος. Μέσα στο πλήθος των νέων δεδομένων που αναμένονται να συλλεχθούν ενδέχεται να περιέχονται απροσδόκητες ανακαλύψεις – και ίσως μας φέρουν πιο κοντά από ποτέ στην πιθανή ανακάλυψη αυτών των φευγαλέων μυστηρίων της φύσης.

Διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες: Are there quantum black holes that evaporate instantly – https://cms.cern/news/are-there-quantum-black-holes-evaporate-instantly

ΠΗΓΗ: physicsgg.me