Учёные из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре вместе с коллегами по эксперименту CMS продолжили поиск микроскопических квантовых чёрных дыр на Большом адронном коллайдере (LHC) в CERN, выдвигая его в новую область исследования. По словам исследователей, эти предположительные образования были бы крайне маленькими и недолговечными, но их обнаружение могло бы помочь ответить на глубочайшие вопросы о пространстве и гравитации и позволило бы проверить новые методики поиска редких частиц. Результаты опубликованы в журнале Progress in High Energy Physics (PHEP) и основаны на данных CMS за 2016–2018 годы, дополняющих предыдущие попытки ATLAS и CMS. источники 0, 1, 46, 10, 54, 55, 56, 57.

Хотя работа не нашла доказательств существования квантовых чёрных дыр, её авторы подчёркивают, что отсутствие сигнала также даёт ценную информацию — исключения позволяют сузить области возможной реализации теорий и направить будущие эксперименты к другим диапазонам энергий и параметров. Как отметил один из авторов исследования, « exclude-результат» — это реальное, публикуемое утверждение: если бы такое явление существовало с заданными свойствами, его бы увидели, мы не увидели — значит, здесь его нет. Это своего рода знание о том, как устроена Вселенная.

Исследование также подчёркивает, что отсутствие обнаружения вносит вклад в решение одной из самых больших загадок физики — так называемой проблемы масштабов: разницы между величиной масштаба Вселенной и Планковским масштабом, где должна проявляться квантовая гравитация. По словам Вами и Жана Чана (Danyi Zhang) и других участников, поиск на LHC с учётом возможных дополнительных пространственных измерений может открыть окно к новым эффектам, которые могли бы объяснить разницу между силами и дать шанс увидеть влияние гравитации на малых расстояниях. источники 6,7,8,9,12,23,24.

Чтобы проверить гипотезы, исследователи использовали два подхода к анализу данных CMS: изначально зафиксированную характеристику сферичности разрежённых распадов и суммарную энергию распадающихся частиц, что позволило выделить редкие события на фоне обычных столкновений. В рамках метода применён был новый аналитический подход под названием «phase-space distance» в сочетании с системой поддержки векторных машин (SVM). Этот метод, разработанный сотрудниками UCSB и партнёрами, превращает расстояния между событиями в единый показатель — SVM-скор, чем выше значение, тем больше вероятность сигнала. Это стало первым применением phase-space distance в анализе данных элементарной физики. источники 51,52,55,56,58,59.

Результаты эксперимента не обнаружили сигнала квантовых чёрных дыр; по моделям, которые анализировали авторы, такие образования исключены примерно до энергии около 12 ТеЗеВ (TeV). Это также ограничивает отдельные теории о дополнительных измерениях и набор параметров, необходимых для формирования таких объектов. Такие границы полезны, потому что устраняют части диапазона допустимых значений теорий и показывают, где новые идеи могут быть реализованы в будущем. В контексте обсуждений о теории струн и количестве измерений они приводят к выводу, что при заданных параметрах нельзя иметь более двух дополнительных измерений. источники 61,62,63,64,66,71,72,73,75.