Der Large Hadron Collider (LHC), der leistungsstärkste Teilchenbeschleuniger der Welt, wird weiterhin zur Erforschung von Quanten-Schwarzen Löchern eingesetzt. Diese hypothetischen Objekte wären kleiner als Atome und extrem kurzlebig. Ihre Entdeckung könnte helfen, einige der größten Rätsel der Physik zu lösen, insbesondere die Vereinigung der Quantenphysik mit der allgemeinen Relativitätstheorie.
Quanten-Schwarze Löcher und die Struktur der Raumzeit
Quanten-Schwarze Löcher könnten Einblicke in die Struktur von Raum und Zeit bieten, die als vierdimensionale Einheit, die sogenannte Raumzeit, beschrieben wird. Die Existenz solcher Objekte würde auch die Entwicklung einer Theorie der Quantengravitation vorantreiben, die bisher unvereinbare Theorien wie die allgemeine Relativitätstheorie und die Quantenphysik zusammenführt.
Trotz intensiver Suche wurden bisher keine Hinweise auf Quanten-Schwarze Löcher gefunden. Dennoch sind die Ergebnisse nicht nutzlos. Nullresultate helfen dabei, die Suchparameter zu verfeinern und Methoden zu optimieren, die bei der Suche nach neuen Teilchen jenseits des Standardmodells der Teilchenphysik eingesetzt werden können.
Die Rolle des LHC bei der Suche nach neuer Physik
Der LHC erzeugt extrem hohe Energien, indem Protonen nahezu auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und zur Kollision gebracht werden. Diese Energien könnten die Entstehung von Quanten-Schwarzen Löchern ermöglichen. Einige Theorien gehen davon aus, dass diese Objekte in zusätzlichen, verborgenen Dimensionen entstehen könnten, wie sie von der Stringtheorie vorhergesagt werden. Diese Dimensionen könnten auch erklären, warum die Gravitation die schwächste der vier fundamentalen Kräfte des Universums ist.
Quanten-Schwarze Löcher wären extrem kurzlebig und würden sofort verdampfen. Ihre Detektion wäre daher nur indirekt möglich, indem man die Teilchen und Energien analysiert, die bei ihrem Zerfall freigesetzt werden. Forscher haben eine neue Technik entwickelt, um Daten des CMS-Detektors bis zu Energien von 12 Tera-Elektronenvolt (TeV) zu durchsuchen. Bisher wurden keine Hinweise auf Quanten-Schwarze Löcher oder verborgene Dimensionen gefunden, doch die Suche geht weiter.
Die Methode der schrittweisen Ausschlussung hat sich in der Teilchenphysik bewährt. Sie führte beispielsweise zur Entdeckung des Higgs-Bosons im Jahr 2012. Die Suche nach Quanten-Schwarzen Löchern bleibt ein wichtiges Ziel, da sie die Vereinigung der Quantenphysik mit der allgemeinen Relativitätstheorie vorantreiben könnte.
- Quelle: Large Hadron Collider is still on the hunt for short-lived quantum black holes and a theory of everything