Największy na świecie niszczyciel atomów może wywołać mikroskopijne czarne dziury

Kosmos może być usiany czarnymi dziurami tak malutkimi, że mogłyby wśliznąć się między atomy, sugeruje nowa, szalona teoria.

Nowe badania pokazują, że moglibyśmy tworzyć te małe osobliwości przez cały czas w największym na świecie niszczarce atomów. Gdybyśmy mogli wykonać te obiekty, mogłoby być oknem na tajemniczą naturę grawitacji.

Jeden rozmiar za mały

Mamy cztery podstawowe siły natury (przynajmniej takie, o których do tej pory wiemy): elektromagnetyzm, silna siła, słaba siła i grawitacja. Wszystkie cztery siły działają na różnych odległościach, mają różne nośniki i oddziałują na różne sposoby. Mają też bardzo różne mocne strony.

I bez względu na to, jak to ułożysz, grawitacja zawsze wychodzi najsłabsza. Grawitacja jest tak słabą siłą, że gdyby była miliard miliardów razy silniejsza niż jest obecnie, nadal byłaby najsłabszą siłą około 10 milionów razy.

Śmiało i unieś nad głową dowolne urządzenie, na którym czytasz. Gratulacje. Mięśnie twojego ramienia chwilowo pokonały siłę grawitacji całej planety Ziemi .

Grawitacja jest tak śmiesznie słaba, że ​​fizycy zaczęli się zastanawiać, dlaczego. W końcu coś tak dziwnego błaga o wyjaśnienie.

Z problemem związanym z tak dziwnie słabą grawitacją (znanym jako „problem hierarchy” w kręgach fizyki) jest inny problem związany z oddziaływaniem podstawowym [fundamental interaction].

Przy wysokich energiach, elektromagnetyczne i słabe siły jądrowe łączą się w jedną, zunifikowaną siłę (zwaną oczywiście siłą „elektrosłabą” [Teoria oddziaływań elektrosłabych]). Mamy dowody na to, że przy jeszcze wyższych energiach dołącza także silna siła nuklearna. I istnieje hipoteza, że ​​przy niezwykle wysokich energiach grawitacja również łączy się z innymi siłami. Ale wymagana energia jest tak duża, że ​​nie mogliśmy mieć nadziei na jej osiągnięcie, nawet z akceleratorem cząstek wielkości naszej galaktyki.

Dlaczego grawitacja jest tak słaba i dlaczego potencjalne połączenie jej z innymi siłami wymaga tak dużo energii?

Powódź ciemności

Krótka wersja jest taka, że ​​nie wiemy. Jedna z hipotez głosi, że wszechświat to coś więcej niż na pierwszy rzut oka. W szczególności wymiarów przestrzennych jest więcej niż te trzy, które znamy. W tym widoku są typowe kierunki góra-dół, lewo-prawo i tył oraz… kilka innych. Dokładna liczba zależy od teorii.

W tym potencjalnym wyjaśnieniu słabości grawitacji ilość dodatkowych wymiarów jest tak duże, że nasz Wszechświat jest osadzony w znacznie większej, wielowymiarowej masie utworzonej z dodatkowych wymiarów.

W tej historii grawitacja jest w rzeczywistości bardzo silna, ale w przeciwieństwie do innych sił (które są ograniczone do naszego trójwymiarowego wszechświata), grawitacja może swobodnie wędrować we wszystkich wymiarach. To osłabia siłę, sprawiając, że wydaje się słaba.

W tych modelach, ponieważ grawitacja jest w rzeczywistości tak silna, możliwe byłoby połączenie grawitacji przy znacznie niższych poziomach energii. Innymi słowy, możemy nie potrzebować akceleratora cząstek wielkości galaktyki, aby grawitacja połączyła się z innymi siłami. Możemy nawet potrzebować czegoś znacznie mniejszego. Na przykład Wielki Zderzacz Hadronów [WZH], pierścień o długości 16,5 mili (27 kilometrów) na granicy Francji i Szwajcarii, gdzie protony zderzając się ze sobą z prędkością bliską prędkości światła.

Zasady gry

W jaki sposób WZH wykryłby te ukryte dodatkowe wymiary? Jednym ze sposobów byłaby produkcja mikroskopijnych czarnych dziur. Zwykle wymaga szalonej gęstości i ciśnienia, aby uformowała się czarna dziura – kompresja materii tak, aby zapadła się do punktu o nieskończonej gęstości, nie jest łatwą sztuczką. A jeśli grawitacja naprawdę jest tak słaba, jak się wydaje, oznacza to, że w WZH nie mamy wystarczająco dużo energii, aby to umożliwić.

Ale jeśli siła grawitacji jest w rzeczywistości dużo silniejsza, moglibyśmy z łatwością pokonać inne siły natury i wytworzyć czarne dziury. Jeśli grawitacja jest wystarczająco silna, moglibyśmy już teraz produkować maleńkie czarne dziury w WZH.

Te maleńkie czarne dziury nie są powodem do niepokoju – wyparowałyby w mniej niż 10 ^ minus 27 sekund, przekształcając się w deszcz cząstek na długo przed dokonaniem czegoś interesującego, na przykład połknięcia Ziemi. Ale do tej pory nie widzieliśmy żadnych rozpylonych cząstek, które sugerowałyby mikroskopijne czarne dziury lub dodatkowe wymiary.

Jednak w artykule zaakceptowanym do publikacji w czasopiśmie Physical Review D i przesłanym do bazy danych preprint arXiv, zespół fizyków teoretycznych wskazał, że być może czegoś nam brakuje. Wcześniejsze obliczenia dotyczące tego, jak często WZH tworzy mikroskopijne czarne dziury, posłużyły do ​​prostych założeń dotyczących tego, jak powstałyby czarne dziury i jak oddziałują na otaczający je wszechświat.

Dokładniejsze obliczenia tej grupy ujawniają, że zakładając, że wszystkie te dodatkowe wymiary istnieją, a grawitacja jest potajemnie supersilna, WZH może wytworzyć znacznie mniej mikroskopijnych czarnych dziur, niż wcześniej sądziliśmy. W zależności od liczby hipotetycznych dodatkowych wymiarów, liczba tych czarnych dziur może wynosić zaledwie jedną dziesiątą poprzednich szacunków.

Oznacza to, że nie traci się nadziei w poszukiwaniu dodatkowych wymiarów i potencjalnej ukrytej siły grawitacji. Być może będziemy musieli dłużej eksperymentować przy użyciu WZH, zanim będziemy mogli wykluczyć te modele.

A jeśli mikroskopijna czarna dziura pojawi się w naszych danych, oznaczałoby to, że to, o czym myślimy jako o Wszechświecie, jest tylko małym bąbelkiem osadzonym w znacznie większej strukturze – i musielibyśmy całkowicie opracować nasze rozumienie grawitacji.

Źródło: Paul Sutter

Zdjęcie: VALENTIN FLAURAUD/AFP via Getty Images

Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x