Können Schwarze Löcher im Miniaturformat entstehen?

Bei den laufenden LHC-Experimenten wird nach Signaturen von Schwarzen Löchern aus großen Extradimensionen gesucht . Ungeachtet dessen, was @Ronmaimon in seiner Antwort behauptet, sind Experimentatoren nicht davon überzeugt, dass die Wahrscheinlichkeit einiger der Modelle, die große zusätzliche Dimensionen erwarten, richtig ist, null ist.

Die CMS-Kollaboration am LHC hat eine Suche nach der Entstehung und dem Zerfall mikroskopischer Schwarzer Löcher in pp-Kollisionen bei einer Massenschwerpunktsenergie von 7 TeV durchgeführt, wobei eine Datenprobe verwendet wurde, die einer integrierten Leuchtkraft von 35 pbÄ1 entspricht. Ereignisse mit großer transversaler Gesamtenergie werden auf das Vorhandensein mehrerer hochenergetischer Jets, Leptonen und Photonen analysiert, die typisch für ein Signal sind, das von einem mikroskopisch kleinen Schwarzen Loch erwartet wird. Für verschiedene Endzustandsmultiplizitäten wird eine gute Übereinstimmung mit den erwarteten Standardmodellhintergründen beobachtet, die von der QCD-Multijet-Produktion dominiert werden. Für eine Vielzahl von Parametern in einem Modell mit großen zusätzlichen Dimensionen werden Grenzwerte für die Mindestmasse des Schwarzen Lochs im Bereich von 3,5 bis 4,5 TeV festgelegt, zusammen mit modellunabhängigen Grenzwerten für neue Physik in diesen Endzuständen.

Die Gerüchte, dass man in Teilchenbeschleunigern Schwarze Löcher erzeugen könnte, sind auf ein offensichtlich unmögliches Modell von Arkani-Hamed, Dimopoulos und Dvali zurückzuführen, das auch von Lisa Randall und Raman Sundrum unterstützt wurde und das aufgrund einer unglücklichen Flut sehr populär und häufig zitiert wurde des Wunschdenkens und der wahnhaften Modellbildung unter phänomenologisch denkenden Stringtheoretikern im letzten Jahrzehnt. Diese Idee wird „große Extra-Dimensionen“ genannt, und der Aufstieg und Fall der großen Extra-Dimensionen war die Physik der irakischen Massenvernichtungswaffen, es war unhaltbares Gruppendenken, das eine politische Gemeinschaft voreingenommen hat. Eine politische Gemeinschaft war das, was die Stringtheorie zu werden gezwungen war, nur um durch die dunklen Zeiten der 1980er und 1990er Jahre zu kommen.

In diesen dunklen Zeiten erlebte die Stringtheorie trotz vieler Widerstände eine wissenschaftliche Revolution, die kaum einen Präzedenzfall hatte, eine Revolution, die so umfassend war, dass sie nur mit Galileo und Copernicus verglichen werden kann. Der konzeptionelle Rahmen von Strings wurde auf allgemeinere Strukturen ausgedehnt, die D-Branes von Polchinski und Mitarbeitern und Orbifolds von Dixon und anderen (diese ganze Arbeit war intensiv gemeinschaftlich und kollaborativ, und es ist schwierig, einzelne Personen herauszupicken – die Namen sind nur Griffe in die Literatur). Diese Strukturen erhielten eine vollständige Interpretation mit Susskinds ausdrücklicher Anerkennung der zentralen Stellung, die t'Hoofts holografisches Prinzip in der Stringtheorie spielt, und das holografische Prinzip selbst belebte, verdeutlichte und modernisierte das S-Matrix-Programm von Chew/Mandelstam, das in den 1960er Jahren florierte.

Diese beiden Ideen waren insofern verwandt, als das holographische Prinzip die mysteriöse Struktur der Weltvolumentheorien erklärte, während die D-Branes neue Beispiele für Objekte mit zu beschreibenden Weltvolumentheorien lieferten. Innerhalb weniger Jahre lösten M-Theorie, Matrixtheorie und AdS/CFT das zentrale ungelöste Problem der Physik, das wir eigentlich nie hätten lösen können: Sie gaben eine vollständig konsistente, nicht störungsfreie Beschreibung von quantenmechanischen Modelluniversen mit allgemeiner relativistischer Gravitation. Es ist nicht mehr richtig zu sagen, dass wir nicht wissen, wie man Quantenmechanik und Allgemeine Relativitätstheorie vereinheitlicht – wir wissen es mit Sicherheit für bestimmte AdS-Räume, für die 11-dimensionale Matrixtheorie in zumindest einigen Bereichen und in vielen anderen Fällen wo Das Universum ist asymptotisch kalt (was bedeutet, dass es nicht von einem thermischen Horizont umgeben ist, wie es der deSitter-Raum ist). Leider gehört unser eigenes Universum nicht zu dieser Klasse, zumindest noch nicht, es sieht so aus, als ob es auf eine deSitter-Phase zusteuert, und wir wissen, dass es in der Vergangenheit deSitter war.

Wie auch immer, die Lösung des Problems des kalten Universums der Quantengravitation löst das prinzipielle Problem einer Theorie von allem korrekt und überzeugend. Außerdem waren die Konsistenzbeziehungen offensichtlich so streng, dass nur die Stringtheorie der 1990er Jahre ihnen möglicherweise gehorchen konnte – es erforderte, dass verschiedene Theorien, jede formuliert in einer unterschiedlichen Anzahl von Weltvolumendimensionen im Bereich von 0 bis 4 (und mehr, wenn Sie es verstehen). kleine Zeichenfolgen zulassen), werden jeweils die gleiche entstehende lokale Physik in einer unterschiedlichen Anzahl von räumlichen Dimensionen beschreiben! Diese Idee ist heute alltäglich, aber man muss immer daran denken, dass sie auf den ersten Blick unmöglich ist. Obwohl es kein mathematischer Beweis ist, gibt es keine Möglichkeit, dass irgendetwas anderes als Strings dies tun wird.

Das Problem der Theorie von allem wurde also in den 1990er Jahren mit der modernen Formulierung der Stringtheorie weitgehend gelöst.

Man sollte meinen, dies würde zu einer Revolution in der Teilchenphysik führen. Leider sind diese Ideen nicht direkt mit Partikeln verbunden – es handelt sich um theoretische Gravitationskonstruktionen, die von der Gravitationsphysik inspiriert und enger mit ihr verbunden sind. Aber die mathematischen Strukturen waren zu einem großen Teil die der Teilchenphysik – die Weltvolumentheorien der Branen ähneln den Eichtheorien der Teilchenphysik.

Es gab also diesen enormen Druck, eine direkte Verbindung zwischen diesen Entwicklungen und der Teilchenphysik herzustellen, und es gab nur sehr wenige direkte Hinweise darauf, wie dies zu bewerkstelligen ist, weil die Größenordnung der Quantengravitation so weit entfernt ist. Wenn die Planck-Skala groß ist, wie es in unserem Universum der Fall ist, gibt es starke Einschränkungen, Mist in ein String-Vakuum zu stopfen, weil es nicht viel Struktur gibt, die man in einem winzigen kompakten Raum unterstützen kann. Aber die Leute haben die ganze Zeit über verrückte Konstruktionen mit Branestapeln nachgedacht, und die Leute wollten einen Weg, dies in Teilchenphysik umzuwandeln, und sie konnten nicht, weil die Stringtheorie so strengen Beschränkungen unterliegt.

In dieser politischen Situation schlug ADD ihr Modell vor. Ihre Idee war, die Anforderung, dass die Planck-Energie groß ist, zu verwerfen und stattdessen die zusätzlichen Dimensionen groß zu machen. Dies gibt Ihnen sofort die Freiheit , alles zu tun , was Sie wollen , da Sie alles in große zusätzliche Dimensionen stopfen können, sodass alle String-Leute mit der Erstellung von Partikelmodellen mit den neuen Tools beginnen konnten. Das war eine schöne Übung im Umgang mit den neuen Tools, sodass Sie eine Milliarde Zitate erhalten. Aber es ist Mist wie die Physik, denn es gibt gute Gründe zu glauben, dass die Planck-Skala groß ist.

Diese Gründe beruhen alle auf der Tatsache, dass das Standardmodell renormierbar ist und dass das Standardmodell funktioniert. Wenn die Planck-Skala klein ist, gibt es keinen Grund dafür, dass die effektive Theorie so perfekt renormierbar sein sollte. Jede nicht beobachtete, nicht renormierbare Korrektur ist also ein Schlag gegen ein Szenario mit einer großen zusätzlichen Dimension. Hier sind die, an die alle sofort dachten, als ADD herauskam:

• Protonzerfall: Das Proton wird nur durch eine zufällige Symmetrie stabilisiert. Wenn die Planck-Skala also etwa 1 TeV beträgt, würden Sie einen sofortigen Protonenzerfall durch nicht renormierbare Wechselwirkungen erwarten.
• Neutrino-Massen: Die Neutrino-Massenskala ist 0,01 eV, was aus der nicht renormierbaren Unterdrückung der Zwei-Higgs-Zwei-Neutrino-Streuung der Dimension 5 korrekt vorhergesagt wird.
• Präzise elektroschwache Korrekturen: Sie würden das magnetische Moment des Myons an der dritten Dezimalstelle zerstören und die Elektronen an der sechsten. Diese werden viel besser gemessen.
• Kopplungsvereinheitlichung: Die starken und SU(2)- und U(1)-Kopplungen vereinheitlichen sich ungefähr auf der GUT-Skala. Dies schlägt fehl, wenn sich der Lauf ändert, wie es in extradimensionalen Theorien der Fall sein muss.

Aber dann, anstatt dass die Theorie verschwand, geschah etwas Unhaltbares. Die Leute fingen an, falsche Theorien zu schreiben, die behaupteten, diese Phänomene zu erklären, und andere Leute nahmen sie ernst. Ich war verblüfft, dass ansonsten intelligente Leute diesen offensichtlichen Müll ernst nahmen. Außerdem konnte man keinen Job bekommen, wenn man diesen Müll nicht studierte, also bekamen im Grunde nur Clowns und Betrüger Stellen in den USA. Das ist deprimierend und macht Lust, Biologe zu werden.

Die gefälschten Papiere behaupteten Folgendes:

• Protonenzerfall: Dieser lässt sich unterdrücken, indem Quarks und Leptonen auf unterschiedliche Branen gelegt werden, die in den großen Extradimensionen weit voneinander entfernt sind. Dies funktioniert nicht, weil Sie Anomalien und SU(2)-Instantons haben, die Quarks und Leptonen verbinden, also müssen Sie SU(2)/U(1)-Felder delokalisieren und verrückt machen, um überhaupt so zu tun, als ob dies funktioniert.
• Neutrinomassen: Dies kann unterdrückt werden, wenn alle Massen von einem rechtshändigen Partner stammen, der in den Extradimensionen delokalisiert ist. Das funktioniert natürlich nicht, weil es keinen Grund gibt, einen rechtshändigen Partner zu postulieren, wenn man ohne Partner einfach einen nicht renormierbaren Term der Dimension 5 von Hand eingeben kann. Um Neutrinomassen tatsächlich wirklich zu unterdrücken, müssen Sie Fantasy-Modelle im Kakushadze-Stil erstellen, bei denen Sie 10 Ordnungen von Hand unter Verwendung diskreter Symmetrien unterdrücken, und nur diese 10 Ordnungen, weil Sie das bisschen beobachtete Masse beibehalten müssen. Die Neutrinomasse allein reicht aus, um diese Theorie zunichte zu machen, und jede andere, bei der es die Skala der neuen Physik nicht gibt$10^8$GeV oder höher und realistischerweise das, was alle immer dachten, herum$10^{16}$GeV.
• Laufende Kupplungen: Die Leute erfanden nur so Geschichten darüber, wie das Laufen beschleunigt werden kann und die Kupplungen sich trotzdem treffen . Ohne diese Papiere zu lesen (ich habe es nicht getan), können Sie einfach sehen, dass dies Mist ist - das Kopplungstreffen basiert auf logarithmischen Korrekturen, die für die Details von Dingen weit über ein TeV hinaus empfindlich sind.
• Präzisionselektroschwäche: Partikel über 1 TeV nehmen im Allgemeinen winzige, vernachlässigbare Korrekturen des magnetischen Moments vor, also nahmen die Leute einfach an, dass die Quantengravitation bei einem TeV dasselbe tun würde. Das ist völliger Unsinn, denn diese Partikel haben zusätzliche Einschränkungen durch ihre eigenen renormierbaren Wechselwirkungen, und ihre Schleifenstruktur kann sie manchmal zwingen, kleine Korrekturen vorzunehmen, nur wegen einer zufälligen Renormierungseigenschaft. Ein generisches Quantengravitationsregime wird einen Pauli-Term für Elektron und Myon erzeugen, der nur durch das Verhältnis ihrer Masse zu 1 TeV unterdrückt wird, was nicht ausreicht /

Es gibt andere offensichtliche Streiks gegen diese Theorie von anderen nicht renormalisierbaren Korrekturen, diese sind nicht in der Literatur, ich dachte an sie, als ich die negativen Teile der Wikipedia-Seite dazu schrieb:

• Starker CP: Jeder zusätzliche nicht renormierbare rein-starke Wechselwirkungsterm bricht starken CP auf andere Weise, was nicht durch Axionen behoben werden kann. Die Einschränkungen bei starker CP-Verletzung sind verrückt, also brauchen Sie einen, um dies zu beheben.
• W- und Z-Korrekturen: Diese würden zu nicht renormierbaren Kondensatwechselwirkungen führen (sie liegen nahe an der Planck-Skala), die die Masse/Kopplungsbeziehung des Standardmodells zerstören, die mit einer Genauigkeit von mindestens 5 Größenordnungen gemessen wird.
• Direkte Quark-Lepton-Kopplung: Sie könnten Leptonen über eine direkte Kontaktwechselwirkung in Quarks verwandeln, die Dimension 6 ist. Abgesehen davon, dass dies nicht beobachtet wird, wenn ich mich richtig erinnere, was ich vor Jahren ausgearbeitet habe, würde dies Neutrinos eine Pion-Kondensat-Masse geben , getrennt aus einer Masse des Higgs-Mechanismus, die um viele Größenordnungen größer wäre als die beobachtete Neutrinomasse.

Dieses Zeug, obwohl es einem Außenstehenden verworren erscheinen mag, ist so elementar für die Teilchenphysik, dass ich nicht dachte, dass es eine Veröffentlichung verdient. Dieses Zeug bekommt man in Schiedsrichterberichten. Einige Leute versuchten, solche Kommentare über große Extradimensionen zu veröffentlichen, aber niemand hörte ihnen zu, und als sie es nicht schafften, die Wahnwolke der phänomenologischen Stringtheoretiker zu durchdringen, diente dies auch als Warnung für andere, die Kritik nicht zu wiederholen, sondern zu gehen zusammen mit dem Betrug. Unnötig zu sagen, dass dies nie wieder passieren darf.

Ich muss darauf hinweisen, dass die Physikliteratur trotz dieser traurigen Episode immer noch bei weitem die intellektuell ehrlichste Literatur in der akademischen Welt ist, sie ist immer noch ein Leuchtfeuer der Ehrlichkeit für Bereiche wie Linguistik und Philosophie, wo Wunschdenken und betrügerische Forschung die Regel sind, nicht die Ausnahme (dies galt besonders für die letzten finsteren Zeitalter).