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En bref : au LHC, les minitrous noirs se cachent

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Clés de la physique et de la cosmologie, des minitrous noirs en train de s'évaporer ont été cherchés dans les produits de collision de faisceaux de protons au LHC en 2012. Hélas, comme l'a annoncé récemment la collaboration Atlas, aucun de ces événements n'a été détecté. Il faudra attendre le redémarrage du LHC avec des collisions à 13 TeV pour espérer, peut-être, en découvrir.

Cette trace est un exemple des simulations des réactions issues de collisions de protons dans le détecteur Atlas du Grand collisionneur de hadrons (LHC) au Cern. Ces traces seraient produites si un minitrou noir était créé. On le verrait alors en train de s'évaporer presque instantanément en particules variées par le biais d'un processus connu sous le nom de rayonnement de Hawking. En l'occurrence, la signature de cette évaporation serait très nette avec des flux de leptons, de photons anormaux et des jets de quarks. © Cern

Les minitrous noirs ont d'abord été discutés dans le domaine de la cosmologie par des physiciens du calibre de Yakov Zel’dovich et Stephen Hawking. De masses très variées allant de celle de Planck à des masses un peu inférieures à celle d'une étoile, ils pourraient être utilisés pour comprendre la naissance même de l'univers, en tant que reliques fossiles des périodes proches du mythique instant zéro et des conditions qui régnaient alors dans un univers particulièrement chaud et turbulent. La découverte et l'étude théorique de l'évaporation des trous noirs pendant les années 1970 ainsi que la prise de conscience à la fin des années 1990 que l'on pouvait peut-être les produire au LHC s'il existait certaines dimensions spatiales supplémentaires de grande taille ont généré beaucoup d'espoirs, mais aussi de craintes.

Les membres de la collaboration Atlas, l'un des deux détecteurs géants du LHC, viennent de mettre en ligne sur arxiv les résultats de leur chasse à ces minitrous noirs menée pendant l'année 2012 en faisant collisionner des protons à 8 TeV. Ces résultats sont négatifs, ou plus précisément ils nous indiquent que le seuil d'énergie de production des minitrous noirs (la masse de Planck des théories à dimensions spatiales supplémentaires) est trop élevé, au moins 5 TeV, pour avoir pu permettre de déceler la production de ces objets quantiques dans les collisions déjà réalisées avec le LHC.

Il n'est pas exclu que l'on puisse encore découvrir ces objets à partir de 2015, lorsque le LHC fonctionnera de nouveau et produira des collisions à des énergies plus élevées et avec des faisceaux plus intenses, ce qui augmentera la probabilité de créer des minitrous noirs. Néanmoins, cela semble désormais peu probable. En effet, les arguments qui rendaient plausible la création de ces minitrous noirs impliquaient que le seuil de création devait être de 1 ou 2 TeV environ.

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