Möödunud nädalal teatasid Suure Osakeste Põrguti (LHC) füüsikud, et on selleks aastaks lõpetanud miniatuursete mustade aukude otsimise, mis oleks avastamisel kinnitanud eksootilisemate füüsika teooriate õigsust ning viinud lähemale kvantmehaanika ja üldrelatiivsuse paaripanekule.
Enne LHC esimest käivitamist külvas internetifoorumites paanikat võimalus, et osakestepõrguti hakkab oma töö käigus tootma miniatuurseid musti auke. Kuigi need pole võimelised paljalt oma eksistentsiga Maad alla neelama, oleks need kinnitanud teatud stringiteooriate vorme ehk viinud lähemale Suure Ühendatud Teooria loomisele. Viimane üritab viia ühisele alusele kaks füüsika põhilist haru – üliväikestel vahemaadel kehtiva kvantmehaanika ning kosmiliste distantside üldrelatiivsusteooria. Selleks oleks ainult vaja, et universumis on rohkem kui neli dimensiooni.
Kõrgemate dimensioonide tavaelus märkamiseks on need liiga tihedalt kokku pakitud, et neid oleks võimalik normaalsete energiate juures vaadelda. Üks stringiteooria vorme – ADD mudel lahendab nende kaasamisega elegantselt küsimuse, miks gravitatsioon teiste jõududega võrreldes nii nõrk on. ADD kohaselt tundub gravitatsioon ainult nõrgana, kuna osa sellest lekib gravitatsiooni vahendavate osakeste – gravitonide – tõttu teistesse dimensioonidesse. „See toob gravitatsiooni teiste jõududega ühildamiseks LHC haardeulatusse,“ märgib Georgi Dvali, üks ADD loojaid ERR-le antud intervjuus.
Mudeli kohaselt peaks suurtel energiatel kokku põrkavad osakesed kokku pressitama väiksematele pikkustele, kui on hüpoteetiliste dimensioonide raadius. Selle juhtumisel kogeksid need kohe gravitatsiooni täit jõudu ning ühineksid seetõttu hetkeliselt tillukeseks mustaks auguks. Viimane oleks nii väike, et laguneks koheselt musta augu kiiratava Hawkingi kiirguse tõttu. Lagunemist märkaksid füüsikud isikupärase osakestevoo näol. „Selle asemel, et auk soojuskiirgust eritama hakkaks, lagunevad need iseeneslikult kvantide voogudena. Seda on võimatu mitte märgata,“ hüüatab Dvali.
Küll on aga võimalik neid millegi muuga segamini ajada, kui ei teata, mida täpselt otsida. Kvantkromodünaamika põhjustavad vastastikmõjud tekitavad samuti teatud osakestevooge. CMS-i kollektiiv katsetas teoreetiliselt tervet jada stringi -ja kvantteooriaid, et teada saada, millised on nende poolt tekitatavad osakestevood. Seejärel põrgatasid nad prootoneid energiatel, kus musti auke veel tekkima ei peaks, et näha kvantkromodünaamika põhjustatavaid osakestemustreid. Osakesi taas täie energiaga põrgutades pidanuks seega musta augu lagunemist märkiv sündmus kohe välja paistma.
Neid ei olnud. „Me saame välistada mustade aukude eksistentsi miinimum massiga 3,5-4,5 TeV mitmedimensiooniaalsel Plancki skaalal 95% kindlusega,“ lõpetab CMS-i kollektiivi uurimus. CMS-i eestkõneleja andis ajakirjale Nature veel julgema hinnagu, väites, et kuigi musti auke võidakse märgata kõrgematel energiatel, suudavad nad järgmisel aastal nende ilmnemise täielikult välistada. Georgi Dvali jääb sellegipoolest rahulikuks.
„Meie esimesed ennustused hõlmavad endas energiaid, millel opereerib LHC. Sisuliselt ei ole aga meie teoorias mingit vahet, kui nimetatud energiad tegelikult hoopis suurusjärgu võrra suuremad on, aga LHC eksperimentide jaoks tähendab see vahe tervet inimese eluaega. Aga nii see elu juba on ja me peame sellest hoolimata edasi otsima,“ mõtiskleb Dvali.
Seega vaatamata mõnedele teistele väidetele ei tähenda CMS-i uurimus stringiteooriate lõppu, vaid ainult teatava massivahemiku välistamist nagu kehtib enamike teoreetiliste konstruktsioonide puhul. „CMS ei sea oma uurimusega piirangut ainult mustadele aukudele, vaid tervele reale tugevatele resonantsidele, kuna praeguse statistikaga on niigi võimatu neid teineteisest eristada,“ väidab Dvali.
Vaata lisaks:
CMS-i kollektiivi uurimus.
Nanoskaalas mustad augud?
Georgi Gia Dvali
Kui kindel miniatuursete mustade aukude olemasolu kinnitav teoreetiline raamistik üleüldse on?
Me teame kindlalt, mikroskoopilised mustad augud on olemas. Seda kinnitab päris suurte mustade aukude eksistents ja tõenäoliselt ka nende vaatlus. (Musta auku ennast on tegelikult enamikus spektriosas võimatu märgata, kuna musta auku kukuvad ka footoneid. Samas kiirgab must auk seejuures soojuskiirgust ehk Hawkingi radiatsiooni, toim.) Mikroskoopiline must auk juhtub aga lihtsalt olema ühe suure musta üks viimaseid arengustaadiume. Kui me piisavalt kaua ootaks, areneks must auk lõppude lõpuks „kvant“-mustaks auguks.
Me teame, et see juhtub, ainult me ei tea, missuguse musta augu diameetri pugul. Mis iganes see pikkus on, on see kohe kindlasti looduse fundamentaal pikkus. Me ei tea veel, kui väike see on. Minu kolleegid ja mina oleme ennustanud, et see pikkus on umbes 10E(-17) ja seega on LHC-l väga hea võimalus seda märgata.
Kuidas üks selline kvant-must auk välja näeb?
Me ei mõista mikroskoopiliste mustade aukude omadusi veel nii täpselt, et nende omadusi väga täpselt kirjeldada. Siiski saame me anda üpris häid kvalitatiivseid hinnanguid. Nende kohaselt pole mikroskoopilised mustad augud üldse sellised nagu suured mustad augud.
Seega olime me oma esimeses uurimuses, kus me ennustasime nende tekkimist LHC-s,, äärmiselt hoolikad, et kutsuda neid „kvantideks.“ LHC energiatel on nende eelkäijad osakestest eristamatud. Miks? Sest need on kvantosakesed! Nii hakkavad mustad augud tekkima.
Mingil energial – fundamentaalpikkuse pöördväärtusel – tekitad sa kvantvõnkumise nagu raske kvargi või raske Higgsi bosoni, mis laguneb väga kiiresti. Siis, kui eksperimendi võimsus seda lubav, võid sa hakata massikeskme energiat vaikselt kasvatama ja sa hakkad nägema, kuidas see, mida sa osakesteks kutsusid, hakkab vaikselt suuremaks ja pehmemaks muutuma.
Teiste sõnadega, sa vaatled kvant-elementaarosakese muutumist klassikaliseks mustaks auguks. Kahjuks pole aga LHC energiad arvatavasti piisavalt võimsad, et seda muundumist jälgida. Seega paremal juhul saame me LHC vaadelda selle torni vundamenti, mis nagu ma ütlesin, ei ole midagi enamat, kui mõned uued rasked osakesed. Samas oleks see juba iseenesest tohutu edasiminek.