Микрочерные дыры

Когда возникло понятие микрочерной дыры? Как рождаются микрочерные дыры? И как проходят их поиски? Об этом рассказывает доктор физико-математических наук Эдуард Боос.

Чёрные дыры — свархмассивные объекты, представления о которых возникли в общей теории относительности. Сегодня практически нет сомнений, черные дыры обнаружены во Вселенной. Но в коллайдерной физике понятие микрочёрных дыр возникло в связи с обсуждаемыми физиками возможными отклонениями от Стандартной модели, представляющей собой основу современного понимания устройства микромира. Одно из таких возможных отклонений — это существование компактных дополнительных измерений пространства-времени, в котором характерный гравитационный масштаб может быть существенно меньше массы Планка. Масса Планка определяется гравитационной постоянной Ньютона в нашем обычном четырехмерном пространсте-времени и играет ключевую роль в общей теории относительности. В пространстве с дополнительными компактными измерениями с существенно меньшим характерным гравитационным масштабом масса чёрных дыр может быть, соответственно, намного меньше масс черных дыр во Вселенной. Это привело к гипотезе, что такие объекты могут существовать в расширениях Стандартной модели, их массы могут находиться в области, доступной на современных коллайдерах, и, соответственно, их надо искать в коллайдерных экспериментах, особенно на БАК.

Настоящий бум произошел в самом конце 80-х годов, когда появилось несколько работ, в которых появилось понятие мембраны, — поверхности в многомерном мире, в частности, на которой мы, может быть, живем. Иначе говоря, наш мир трехмерный потому, что это некая поверхность в многомерном мире. В таких вариантах теории появились рассуждения о том, что различные частицы и поля могут жить либо только на мембране, либо во всём пространстве, которое называется «балк». В одной из первых работ предполагалось вот, что все мы живем на мембране, и только гравитация может существовать вовне. В таком сценарии получалось, что гравитация может меняться на малых расстояниях порядка микрона или даже миллиметра. Мы великолепно знаем, что на больших действует гравитационный закон Ньютона и отклонения общей теории относительности, а вот на очень малых расстояниях гравитацию до этого не измеряли. Были поставлены тончайшие эксперименты, которые не обнаружили отклонений.

Кстати, предсказания теории с дополнительными измерениями — это не только и даже не столько существование микрочёрных дыр, сколько наличие спектра возбуждений у всех частиц, которые могут распространяться в балке. Обнаружение таких возбужденных состояний, которые называются модами Калуцы-Кляйна, будет одним из первых указаний на то, что существуют дополнительные измерения. Если, конечно, такие состояния существуют в природе, то, возможно, найти их будет проще, чем микрочёрные дыры.