Самый большой в мире разрушитель атомов может создавать черные дыры

Космос может быть заполнен черными дырами, настолько крошечными, что они могут скользить между атомами, предполагает новая дикая теория.

Новое исследование показывает, что мы могли бы создавать эти крошечные сингулярности на крупнейшем в мире устройстве для уничтожения атомов. Если бы мы могли создать эти объекты, они могли бы стать окном в загадочную природу гравитации.

У нас есть четыре фундаментальных силы природы (по крайней мере, о которых мы знаем до сих пор): электромагнетизм, сильная сила, слабая сила и гравитация. Все четыре силы действуют на разных дистанциях, имеют разные носители и по-разному взаимодействуют. У них также очень разные сильные стороны.

И как ни крути, сила тяжести всегда оказывается самой слабой. Гравитация - такая слабая сила, что если бы она была в миллиард миллиардов раз сильнее, чем сейчас, она все равно была бы самой слабой силой примерно в 10 миллионов раз.

Поднимите любое устройство, на котором вы читаете статью, над головой. Поздравляю. Мышцы вашей руки временно преодолели гравитационное притяжение всей планеты Земля.

Гравитация настолько до смешного мала, что физики начали задаваться вопросом: почему?

С этой проблемой столь-странно-слабой гравитации (известной как "проблема иерархии" в физических кругах) связана еще одна проблема, связанная с тем, как фундаментальные силы связаны друг с другом.

При высоких энергиях электромагнитные и слабые ядерные взаимодействия сливаются в единую объединенную силу (называемую, конечно, "электрослабой"» силой). У нас есть свидетельства того, что при еще более высоких энергиях сильная ядерная сила также присоединяется к партии объединения. Предполагается, что при чрезвычайно высоких энергиях гравитация тоже сливается с другими силами. Но необходимая энергия настолько велика, что мы не могли надеяться достичь ее даже с помощью ускорителя частиц размером с нашу галактику.

Почему гравитация такая слабая и почему требуется так много энергии, чтобы потенциально объединить ее с другими силами?

Коротко говоря, мы не знаем. Одна из гипотез состоит в том, что во Вселенной есть нечто большее, чем кажется на первый взгляд. В частности, существует больше пространственных измерений, чем те три, о которых мы знаем. В этом представлении есть обычные направления вверх-вниз, влево-вправо и назад, а также… некоторые другие. Точное количество зависит от теории.

В этом потенциальном объяснении слабости гравитации дополнительные измерения настолько велики, что наша Вселенная заключена в гораздо более обширную многомерную массу, состоящую из дополнительных измерений.

В этой истории гравитация на самом деле очень сильна, но в отличие от других сил (которые ограничены нашей трехмерной вселенной), гравитация может свободно перемещаться между всеми измерениями. Это ослабляет силу, заставляя ее казаться слабой.

В этих моделях, поскольку гравитация на самом деле настолько сильна, можно было бы объединить гравитацию на гораздо более низких уровнях энергии. Другими словами, нам может не понадобиться ускоритель частиц размером с галактику, чтобы увидеть, как гравитация присоединяется к партии объединения. Возможно, нам даже понадобится что-то гораздо меньшее. Как, скажем, Большой адронный коллайдер (БАК), кольцо длиной 27 километров на границе Франции и Швейцарии, где протоны сталкиваются друг с другом со скоростью, близкой к световой.

Как БАК обнаружит эти скрытые дополнительные измерения? Один из способов - создание микроскопических черных дыр. Обычно для образования черной дыры требуется безумное количество плотности и давления - сжимающая материя так, что она коллапсирует до точки бесконечной плотности, - непростая задача. И если гравитация действительно настолько мала, как кажется, тогда у нас недостаточно энергии внутри БАК, чтобы это произошло.

Но если сила гравитации на самом деле намного сильнее, мы могли бы легко подавить другие силы природы и создать черные дыры. Если гравитация достаточно сильна, мы могли бы прямо сейчас создавать крошечные черные дыры на БАК.

Эти крошечные черные дыры не являются поводом для беспокойства - они испарятся менее чем за 10 ± 27 секунд, превратившись в ливень частиц задолго до того, как совершат что-нибудь интересное, например, проглотить Землю. Но на сегодняшний день мы не видели ни одного брызга частиц, указывающих на микроскопические черные дыры или дополнительные измерения.

Но в статье, принятой к публикации в журнале Physical Review D и размещенной в базе данных препринтов arXiv, группа физиков-теоретиков указала, что мы можем что-то упустить. Предыдущие расчеты того, как часто БАК будет создавать микроскопические черные дыры, сделали некоторые простые предположения о том, как будут формироваться черные дыры и как они будут взаимодействовать со Вселенной вокруг них.

Более точные расчеты этой группы показывают, что, если предположить, что все эти дополнительные измерения существуют и гравитация тайно сверхсильная, БАК может производить гораздо меньше микроскопических черных дыр, чем мы предполагали ранее. В зависимости от количества гипотетических дополнительных измерений, количество этих крошечных черных дыр может составлять всего одну десятую от предыдущих оценок.

Это означает, что не все надежды потеряны в поисках дополнительных измерений и потенциальной скрытой силы гравитации. Возможно, нам просто придется подольше запустить БАК, прежде чем мы сможем исключить эти модели.

И если микроскопическая черная дыра действительно появится в наших данных, это будет означать, что то, что мы думаем как Вселенная, - это всего лишь маленький пузырь, заключенный в гораздо более крупную структуру - и нам придется полностью переписать наше понимание гравитации.

Напомним, ранее сообщалось, что в Европе хотят построить новый гигантский коллайдер.

Источник