Kein Hinweis auf schwarze Löcher im LHC

2010-12-16 Laurenz Widhalm

Das CERN-Experiment CMS am Large Hadron Collider (LHC) in Genf hat nun erste Ergebnisse zur hypothetischen Produktion von mikroskopisch kleinen schwarzen Löchern im LHC veröffentlicht. Demnach wurde deren Entstehung bis zur Masse von ungefähr 20 Bleiatomen ausgeschlossen.

Diese sog. "Mini-Black-Holes" sind hypothetische Objekte, die im Unterschied zu ihren besser bekannten großen astronomischen Brüdern nicht beim Kollaps ganzer Sterne entstehen, sondern bei hochenergetischen Kollisionen einzelner Elementarteilchen - dementsprechend gering wäre selbst bei höchsten Kollisionsenergien auch die gravitative Anziehungskraft der Mini-Löcher. Ausreichend hochenergetische Kollisionen für die Produktion dieser hypothetischen mikroskopischen Schwarzen Löcher finden zwar bereits schon seit Jahrmilliarden in den äußeren Schichten der Erdatmosphäre statt, ein experimenteller Nachweis ist aber erst jetzt im Teilchenbeschleuniger LHC erstmals - zumindest theoretisch - möglich:

Aufgrund der sog. "Hawking-Strahlung" würden die Mini-Black-Holes innerhalb winzigster Bruchteile einer Sekunde zerfallen, wobei überdurchschnittlich viele sog. "Jets" (Teilchen-Bündel aus Quarks und Gluonen) entstehen. Nach solchen Signalen haben nun die WissenschaftlerInnen des CMS Experimentes gesucht. Um dabei aus den gigantischen Datenmengen gezielt Teilchenkollisionen mit vielen Jets herauszufiltern, wurde ein hochflexibles elektronisches Filtersystem verwendet, das vom Wiener Institut für Hochenergiephysik der Akademie der Wissenschaften entwickelt und gebaut wurde. Derzeit könnten Mini-Black-Holes mit bis zur etwa 20fachen Masse eines Bleiatoms nachgewiesen werden. Die nun vorgestellten Ergebnisse ergaben jedoch keinerlei Hinweise auf die Produktion solcher Schwarzen Löcher.

Die Empfindlichkeit des Experiments wird sich durch die ständig wachsende Datenmenge noch deutlich verbessern - worauf die CERN WissenschaftlerInnen mit Spannung warten. Denn gerade weil die Entstehung dieser mikroskopisch kleinen Schwarzen Löchern nach den etablierten, experimentell bestätigten Theorien eher unerwartet wäre, käme deren Nachweis einer wissenschaftlichen Sensation gleich, da er ein Hinweis auf "Neue Physik" wäre. Es gibt dazu bereits verschiedene theoretische Ideen - ein interessantes spekulatives Modell, das auf Nima Arkani-Hamed, Savas Dimopoulos und Gia Dvali zurückgeht, postuliert etwa die Existenz von Extradimensionen im Sub-Millimeterbereich. Statt der gewohnten vier Raumzeitdimensionen gibt es gemäß dieses Modells eine oder mehrere zusätzliche Dimensionen, in die Gravitation "entweichen" kann, während die anderen Naturkräfte an die vier Raumzeitdimensionen gebunden sind. Dieses "Gravitationsleck" erklärt die bei niedrigen Energien beobachtete Schwäche der Gravitationskraft im Vergleich zu den anderen Naturkräften (anschaulich daran erkennbar, dass z.B. die menschliche Muskelkraft beim Stiegensteigen ohne viel Mühe die Schwerkraft der gesamten Erdmasse überwindet). Wenn die Größe dieser Zusatzdimensionen im Sub-Millimeterbereich liegt, so ist es theoretisch möglich, dass Gravitation bereits auf der LHC-Energieskala so stark wird, dass bei Proton-Proton Kollisionen Mini-Black-Holes entstehen können.


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