Physiker der UC Santa Barbara haben die Suche nach Quantenschwarzen Löchern tiefer in die Daten getrieben, die aus dem Large Hadron Collider, kurz LHC, bei der Europäischen Organisation für Kernforschung, bekannt als CERN, stammen. Die Suche zielt auf mikroskopische Schwarze Löcher, die sich kurz bilden, wenn Teilchen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit zusammenstoßen.
Diese winzigen, flüchtigen Objekte stellen einen Weg dar, den Theoretiker eingeschlagen haben, um Probleme in unserem Verständnis der grundlegenden Gestalt der Raumzeit zu beheben. Die Methode, mit der nach ihnen gesucht wird, eröffnet zugleich einen neuen Weg zur Suche nach neuen Teilchen.
Was Quantenschwarze Löcher sind
Quantenschwarze Löcher sind hypothetische Teilchen, die sich bilden könnten, wenn zwei Teilchen mit ausreichend hoher Energie zusammenstoßen. Ihre Existenz würde signalisieren, dass sich die Gravitation auf extrem kleinen Skalen anders verhält, als es die derzeitigen Theorien zulassen.
Warum CERN wichtig ist
Der LHC steht außerhalb von Genf in der Schweiz und beschleunigt Protonen auf nahezu Lichtgeschwindigkeit, bevor er sie zusammenprallen lässt. Diese Kollisionen erzeugen einen Schauer von Teilchen, von denen einige noch nie zuvor gesehen wurden. Das UCSB-Team durchsiebt diese Daten auf der Suche nach Mustern, die ein Quantenschwarzes Loch kennzeichnen könnten.
„Die Bildung dieser winzigen, flüchtigen Objekte am LHC stellt einen Weg dar, mit dem Theoretiker versucht haben, Anomalien in unserem Verständnis der grundlegenden Struktur der Raumzeit aufzulösen.“
Wie die Suche funktioniert
Die an der UCSB verwendete Methode behandelt das Schwarze Loch als eine Signatur und nicht als eine direkte Messung. Statt das Schwarze Loch selbst zu finden, suchen die Forscher nach den Teilchen, in die es nach der Kollision zerfällt. Dieses Zerfallsmuster würde Informationen über die Masse und Struktur des Schwarzen Lochs tragen.
Der Ansatz ist neu, weil er einen neuen statistischen Rahmen auf Kolliderdaten anwendet.
Was die Erweiterung bedeutet
Die Ausweitung der Suche bedeutet, dieselbe Methode auf mehr Daten anzuwenden. Das UCSB-Team hat die Methode auf einen größeren Datensatz angewendet. Diese Ausweitung erhöht die Chance, ein Signal zu entdecken.
Der Nutzen könnte enorm sein. Ein Quantenschwarzes Loch zu finden, würde erfordern, Teile der fundamentalen Physik neu zu schreiben. Es würde auch zeigen, dass der Beschleuniger Signale nachweisen kann, die von Prozessen weit jenseits des Standardmodells erzeugt werden.
Die Grenzen der Jagd
Die Suche stößt an reale Grenzen. Der Nachweis eines Quantenschwarzen Lochs erfordert, es vom Hintergrundrauschen normaler Kollisionen zu unterscheiden. Je mehr Daten Wissenschaftler sammeln, desto schwieriger wird diese Aufgabe.
Hinzu kommt die Frage des Maßstabs. Selbst wenn ein Quantenschwarzes Loch existiert, könnte es zu selten entstehen, um in einer praktikablen Datenmenge gesehen zu werden.
Was als Nächstes passiert
Jede neue Charge von Kollisionen vergrößert die Stichprobe und erhöht die Chancen, ein Signal zu erfassen.
Wenn nichts auftaucht, ist das Ergebnis dennoch nützlich. Es grenzt den Energiebereich ein, in dem Quantenschwarze Löcher existieren könnten, und hilft, künftige Experimente zu lenken.
| Ereignis | Ort |
|---|---|
| Protonenbeschleunigung | LHC, bei Genf, Schweiz |
| Teilchenkollisionen | LHC |
| Datenanalyse | UCSB |
Die Suche geht weiter.
Quellenmaterial: „Physicists extend the search for quantum black holes at the LHC“, Phys.org.
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