歐洲強子對撞機首次對撞未發現迷你黑洞

　　北京時間12月21日消息，據美國《連線》雜志報道，歐洲大型強子對撞機(LHC)首次對撞實驗不斷帶給人驚喜。上周，緊湊型μ子螺旋型磁譜儀(簡稱CMS)任務團隊宣布，他們向《物理快報》雜志提交了一篇論文，描述了對某些形式的弦理論的實驗過程。

　　據任務團隊介紹，如果這種形式的弦理論是正確的，大型強子對撞機應該可以生成迷你黑洞，不過這些黑洞會瞬間消失，而不是像某些人擔心的那樣吞噬地球。然而，對CMS探測器獲取數據的分析結果表明，黑洞能量衰減的信號顯然并不存在。

　　何為弦理論

　　弦理論試圖揭開一個物理學謎團，即物理學的兩大理論量子力學和相對論為何基本上不相容。弦理論假設四維空間之外還存在額外維度，從而將這兩種理論結合起來。弦論的一個基本觀點就是，自然界的基本單元不是電子、光子、中微子和夸克之類的粒子。這些看起來像粒子的東西實際上都是很小很小的弦的閉合圈(稱為閉弦)，閉弦的不同振動和運動就產生出各種不同的基本粒子。

　　我們肉眼是看不到這些閉弦的，因為它們被緊緊包在正常能量難以接近的微小半徑內。在一種弦理論中——CMS探測器任務團隊稱之為ADD模式，因為是阿卡尼·哈米德、季莫普洛斯、德瓦利等三位科學家提出的——這種統一性具有重力的結果。通常情況下，重力相比其他力非常微弱，原因就在于，只有在能量是大型強子對撞機的幾個數量級的情況下，它才能與剩余力達到統一。

　　但在ADD模式中，重力只是看上去微弱，因為其中一部分被困在剩余維度中，這使得能量降至大型強子對撞機的范圍以內。如果一切按照ADD模式預測的過程發展，以高于這種界限的能量相撞的粒子應該處于小于額外溫度占據空間的距離內。一旦發生這種情況，它們會感受到全部的重力，立即合并變成迷你黑洞。實際上，由于太小，這個黑洞幾乎經由霍金輻射瞬間衰減。

　　未發現迷你黑洞能量衰減信號

　　這種衰減過程同粒子噴射物一樣清晰可見。物理學家曾表示人們應該不會錯過這個過程。但是，我們通常會將別的東西誤以為是黑洞。由量子色動力學(quantum chromodynamics)主導的相互作用也會產生某種頻率的噴射物，所以，黑洞事件必須在這種背景下顯得“鶴立雞群”。這正是最新分析尋找的結果。CMS探測器任務團隊模擬了弦理論和量子理論的噴射物的狀況，以便將其排除在外，從而挽救噴射物事件——這確實涉及到TSA掃描儀評估人員運用的相同建模軟件。

　　接著，他們利用大型強子對撞機能譜范圍內的能量分析通過量子色動力學產生的背景噴射物水平，這些能量過低，不能產生黑洞。隨后，他們又將分析擴展至黑洞應該能出現的能量范圍，了解是否有信號在這種背景下十分明顯。結果，他們并沒有獲得這方面的發現。CMS探測器任務團隊總結說：“我們可以將3.5至4.5電子伏特最低質量下生成黑洞的可能性排除，以在95%的置信水平下評估多維普朗克尺度。”

　　這一結果還對弦理論以外領域的研究意義重大。迷你黑洞不是科學家預測能量衰減為噴射物的唯一假定物質，所以，缺乏高于背景的信號也對物理學本身帶來一些嚴重的限制。另一個有利之處是，所涉及的能量完全脫離大型強子對撞機的能力范圍。這樣，即便歷史更悠久的對撞機擊敗大型強子對撞機，生成希格斯粒子，我們顯然也能從大型強子對撞機的實驗中獲取了一些有用的物理學成就。

　　與一些報道的截然相反的是，這項研究實驗并不意味著弦理論將走向滅亡，其實只是突出了在這些能量下預測黑洞的模式。將某些模式排除在外是把可能性縮小的關鍵一步，大多數理論概念都有許多可能的模型，弦理論也不例外。實際上，僅存在ADD模式是完全可能的，因為物理學家正在尋找或能夠在大型強子對撞機中實驗的物質。