Физики не обнаружили микроскопических черных дыр на Большом адронном коллайдере, но значительно сузили область поиска новой физики. Исследование провели специалисты Калифорнийского университета в Санта-Барбаре на данных детектора CMS, собранных в 2016–2018 годах. Результаты опубликованы 5 мая 2026 года в журнале Progress in High Energy Physics, сообщает SciTechDaily.
Квантовые черные дыры рассматриваются как гипотетические объекты, которые могли бы объединить квантовую физику и общую теорию относительности. Если бы такая структура возникла при столкновении протонов, она распалась бы практически мгновенно. Несмотря на краткое существование, продукты распада могли бы дать сведения о природе гравитации на квантовом уровне.
Поиск ограничил возможность образования подобных объектов при энергиях примерно до 12 тераэлектронвольт в рамках проверенных теорий. Ранее эксперименты CMS и ATLAS также не находили микроскопических черных дыр, однако новый анализ охватил больше столкновений и позволил изучить более высокие энергетические диапазоны. «Had we found evidence, we could have begun to directly study quantum gravity», — сказал исследователь CMS Тамаш Вами.
Для отделения возможного сигнала от обычных событий ученые оценивали суммарную энергию частиц и характер их распределения. Черная дыра должна была бы распадаться почти сферически, отправляя частицы во многих направлениях. Команда также применила расстояние в фазовом пространстве — многомерной математической карте, учитывающей координаты, время, энергию и импульс, — вместе с методом машинного обучения Support Vector Machine (метод опорных векторов).
Исследователи сравнили этот подход с показателем сферичности и пришли к выводу, что расстояние в фазовом пространстве лучше выделяет предполагаемый сигнал. Метод относится к контролируемому машинному обучению, поэтому его математические результаты можно проверять, в отличие от непрозрачных инструментов типа «черного ящика». По словам аспиранта Дани Чжан, такой способ впервые использовали для анализа данных физики частиц.
Возможность рождения квантовых черных дыр связывают с гипотезой о дополнительных измерениях пространства. В некоторых моделях они могли бы усиливать гравитацию на очень малых расстояниях и сделать доступной для коллайдера энергию, необходимую для образования таких объектов. Однако полученные ограничения показывают, что при выбранных параметрах проверенных теорий дополнительных измерений может быть не более двух; без них создание даже черной дыры массой порядка микрограмма потребовало бы энергии примерно в миллион миллиардов раз больше нынешних возможностей ускорителя.
В той же работе ученые искали сфалероны — гипотетические нестабильные конфигурации полей, которые могли бы быть связаны с преобладанием материи над антиматерией. Их также обнаружить не удалось, а доля взаимодействий, способных вызывать такие переходы, получила новые ограничения. После модернизации Большого адронного коллайдера исследователи рассчитывают продолжить подобные поиски на будущем ускорителе высокой светимости HL-LHC.