A nova aposta dos físicos no LHC para decifrar o espaço-tempo
Físicos ampliaram a busca por evidências de buracos negros que poderiam ser produzidos nas colisões do LHC. Esses objetos hipotéticos poderiam ajudar a investigar questões sobre a estrutura do espaço-tempo. A nova estratégia também demonstra uma forma de procurar sinais de partículas desconhecidas.
O Grande Colisor de Hádrons (LHC) é o maior acelerador de partículas do mundo, operado pelo CERN na fronteira entre Suíça e França. Ele acelera feixes de prótons a velocidades próximas à da luz e os faz colidir. Nessas colisões, a enorme energia permite estudar as partículas fundamentais e testar modelos.
Uma das possibilidades investigadas teoricamente é a formação de buracos negros microscópicos durante as colisões. Esses objetos seriam extremamente pequenos e instáveis, desaparecendo quase imediatamente após sua formação por meio de processos quânticos.
Pesquisadores da Universidade da Califórnia em Santa Bárbara desenvolveram uma nova estratégia para procurar sinais compatíveis com esses eventos nos dados do acelerador. A busca testa se as colisões do LHC poderiam produzir fenômenos associados a uma estrutura do espaço-tempo.
O que é o LHC?
O LHC é o maior e mais potente acelerador de partículas em operação, localizado no CERN, na fronteira entre Suíça e França. Ele acelera feixes de prótons a velocidades próximas à da luz e os faz colidir em pontos específicos do anel de 27 quilômetros. Nessas colisões, a energia concentrada permite estudar os componentes fundamentais da matéria.
Em 2012, os experimentos ATLAS e CMS anunciaram a observação de uma nova partícula com massa de aproximadamente 125 GeV, com propriedades compatíveis com o bóson de Higgs. A descoberta confirmou a existência da partícula associada ao campo de Higgs, mostrando uma previsão real.
Como criar buracos negros?
A ideia de produzir buracos negros quânticos no LHC surgiu há cerca de duas décadas, quando físicos propuseram que colisões poderiam formar esses objetos. Uma colisão entre dois prótons poderia, em condições específicas, concentrar energia para criar uma pequena região do espaço-tempo com comportamento de buraco negro.
Esses objetos seriam diferentes dos buracos negros astrofísicos. Segundo a proposta, um buraco negro quântico formado em uma colisão se desintegraria praticamente de imediato antes de crescer ou absorver matéria ao redor. No LHC, portanto, a hipótese envolve testar efeitos gravitacionais quânticos.
Polêmica do LHC
A preocupação sobre uma possível produção de buracos negros perigosos foi descartada por análises de segurança e pela comparação com colisões de raios cósmicos de energias ainda maiores que ocorrem naturalmente na atmosfera. Além disso, qualquer buraco negro quântico produzido no LHC deveria evaporar praticamente instantaneamente.
Mesmo assim, os físicos perceberam que sua eventual desintegração poderia deixar assinaturas detectáveis nos produtos das colisões. Como esses eventos seriam extremamente raros, conjuntos maiores de dados permitem ampliar a sensibilidade das buscas e testar regiões de energia cada vez mais altas.
Novos métodos
Os pesquisadores usaram duas características principais para procurar sinais de buracos negros quânticos: a esfericidade dos eventos e a energia total das partículas produzidas. Um buraco negro que se desintegrasse imediatamente deveria gerar partículas distribuídas aproximadamente em todas as direções.
A equipe também aplicou o método de distância no espaço de fase, que representa simultaneamente propriedades como energia, momento e posição dos produtos da colisão. Essa abordagem permitiu comparar a estrutura dos eventos e identificar aqueles mais semelhantes ao sinal esperado.
Referência da notícia
Vami, Zhang. (2026). Search for Black Holes and Sphalerons Using Novel Machine Learning Techniques at CMS.