Сталкивающиеся частицы могут формировать черные дыры

black-hole-computingУченые из США и Канады впервые теоретически при помощи компьютерного моделирования доказали, что столновение высокоэнергетических элементарных частиц способно формировать черные дыры.

Физики предсказывали, что высокоэнергетические ядерные частицы в Большом адронном коллайдере (LHC) могут создать крошечные черные дыры, что станет фантастическим открытием. В то же время некоторые «пророки» начали запугивать, что эти черные дыры могут поглотить Землю, на что физики ответили, что это принципиально невозможно. Однако, при этом никто не показал, что существующая теория гравитации, общая теория относительности Эйнштейна, на самом деле предсказывает, что черная дыра может быть создана именно таким образом. Теперь компьютерная модель убедительно показывает, что частицы при столкновении действительно могут создать черную дыру.

«Я был бы удивлен, если бы это было не так, — говорит Джозеф Ликкен (Joseph Lykken), физик из Национальной лаборатории Ферми с ускорителем (Fermi National Accelerator Laboratory), штат Иллинойс. — Но важно, чтобы люди, которые знают, как черные дыры формируются, посмотрели бы на это в деталях».

Ключом к формированию черной дыры является достаточная масса или энергия в достаточно малом объеме, как это бывает, когда гибнет массивная звезда. При достаточно большой массе или энергии, заключенной в очень небольшом пространстве, когда деформации становятся настолько сильными, что ничто, даже свет, не может выйти за пределы объекта. И он таким образом становится черной дырой. Точно так же две частицы могут сформировать микроскопическую черную дыру, если они сталкиваются с энергией, больше так называемой энергии Планка.

Ученые из Принстонского университета смоделировали такие столкновения, в том числе все чрезвычайно сложные математические детали из общей теории относительности. Для простоты они смоделировали две гипотетические частицы, известные как звездные бозоны, которые похожи на модели, описывающие звезды, как сферы жидкости. С использованием сотни компьютеров физики рассчитали гравитационное взаимодействие сталкивающихся частиц и установили, что черная дыра возможна, если две частицы сталкиваются с общей энергией около одной трети энергии Планка, что даже ниже, чем энергия, предсказанная ранее.

На снимке представлены изображения моделирования процесса, когда две частицы превращаются в черную дыру.

Означает ли это, что адронный коллайдер будет делать черные дыры? Не обязательно, говорит Мэтью Чоптвик (Matthew Choptuik) из Университета Британской Колумбии, Канада. Энергия Планка в триллион раз выше, чем максимальная энергия, создаваемая в LHC. Таким образом, единственным способом, как LHC может сделать черную дыру, если пространство перестает быть трехмерным, а добавляет несколько измерений, сворачиваясь в маленькую петлю, настолько малую, что ее можно обнаружить исключительно при высокой энергии столкновения частиц. Прогнозируемые некоторыми теориями, эти дополнительные измерения могут эффективно снизить энергию Планка в несколько раз. «Я был бы очень удивлен, если бы на ускорителе было обнаружено образование черных дыр», — говорит Чоптвик. Физики уверены, что такая черная дыра будет мгновенно без вреда распадаться на обычные частицы.

«Это реальное достижение, что они смогли сделать это с помощью компьютерного моделирования», — говорит Стив Гиддингс, гравитационный теоретик из Университета Калифорнии в Санта-Барбаре. — Такое моделирование может иметь важное значение для более детального изучения столкновений частиц и образования черных дыр». Более того, они могут быть единственным способом изучения явления, если пространство не имеет дополнительных размерностей, и энергия Планка по-прежнему безнадежно вне досягаемости.