Физики используют Большой адронный коллайдер для поиска гипотетических микроскопических черных дыр, которые могут возникать при столкновениях протонов. Пока доказательств их существования нет, однако проведенные эксперименты уже позволили существенно ограничить ряд теоретических моделей и приблизили ученых к проверке гипотез о дополнительных измерениях пространства.
В массовой культуре черная дыра обычно представляется как огромный космический объект, способный поглощать материю и свет. В физике, однако, существуют теоретические сценарии, в которых черная дыра может иметь микроскопические размеры. Речь идет не об обычных астрофизических объектах, а о предполагаемых квантовых черных дырах, появление которых возможно при экстремальных условиях.
Одна из идей связана с теориями дополнительных пространственных измерений. Согласно таким моделям, гравитация на очень малых расстояниях может быть значительно сильнее, чем предсказывает стандартное представление о трехмерном пространстве. При столкновении частиц на достаточно высокой энергии это, в принципе, может создать условия для формирования микроскопической черной дыры. CERN относит такой сценарий к возможным проявлениям физики за пределами Стандартной модели.
Именно поэтому ученые не ищут черную дыру как отдельный объект. Если она возникнет в столкновении частиц, обнаружить ее непосредственно невозможно. Теоретические модели предполагают, что такая структура должна распасться практически мгновенно — примерно за 10^-27 секунды. Исследователи поэтому анализируют продукты распада: множество частиц, их энергию, направление движения и другие характеристики события.
Один из самых масштабных таких поисков провела коллаборация CMS. В опубликованном 4 декабря 2025 года анализе использовались данные столкновений протонов, собранные в 2016–2018 годах при энергии 13 ТэВ. Общий объем данных составил 138 фб⁻¹, а выборка включала более 10^16 столкновений. Исследователи применили как модельно-независимый анализ, так и отдельный метод, ориентированный непосредственно на поиск черных дыр и других экзотических процессов. Для последнего использовалось машинное обучение.
Результат оказался отрицательным: статистически значимого сигнала микроскопических черных дыр обнаружено не было. При этом эксперимент позволил установить более жесткие ограничения на допустимые параметры таких объектов. В зависимости от конкретной теоретической модели были исключены черные дыры с массами примерно от 9,0 до 11,4 ТэВ. Для ряда моделей также получено ограничение на наличие более двух дополнительных пространственных измерений при уровне достоверности 95%.
Такой результат не означает, что существование квантовых черных дыр окончательно опровергнуто. Эксперимент проверяет конкретные модели, диапазоны энергий и ожидаемые характеристики событий. Если другие варианты предполагают иные условия образования или распада, они могут потребовать дальнейших поисков на более чувствительном оборудовании.
Вокруг БАК при этом давно существуют опасения о возможности создания опасной черной дыры. Подобные теории особенно активно обсуждались перед запуском ускорителя в 2008 году. CERN указывает, что даже спекулятивные модели микроскопических черных дыр предусматривают их практически мгновенный распад. Кроме того, Землю постоянно бомбардируют космические лучи, способные вызывать столкновения при энергиях, превышающих возможности ускорителей. Поэтому отсутствие каких-либо катастрофических последствий природных столкновений рассматривается как один из аргументов в пользу безопасности экспериментов БАК.
Интерес к поиску черных дыр связан не только с самим объектом. Их обнаружение могло бы стать свидетельством существования дополнительных измерений и помочь изучать гравитацию на субатомном уровне. В более широком смысле такие исследования относятся к поиску физики, способной связать квантовую теорию с общей теорией относительности. Однако возможное обнаружение микроскопической черной дыры само по себе еще не стало бы готовой «теорией всего» — для этого потребовались бы новые эксперименты и независимые подтверждения.
Большой адронный коллайдер представляет собой подземное кольцо длиной 27 километров на границе Франции и Швейцарии. Он начал работу в 2008 году. 14 июня 2026 года на БАК прошли последние физические столкновения третьего периода работы Run 3, после чего ускоритель перешел к масштабной модернизации в рамках проекта High-Luminosity LHC. В этой программе участвуют четыре крупнейших эксперимента — ATLAS, CMS, ALICE и LHCb. Научная программа после модернизации должна предоставить физикам значительно больше данных для поиска редких явлений, включая возможные проявления новой физики.