CERN szuka miniaturowych czarnych dziur: jak mała może być czarna dziura i jak ją wykryć

Miniaturowe czarne dziury są jednym z najbardziej niezwykłych obiektów, których fizycy szukają w danych z Wielkiego Zderzacza Hadronów. Najnowsza analiza ATLAS, opublikowana 24 września 2026 roku, wykorzystuje 164 fb⁻¹ danych ze zderzeń protonów przy energii 13,6 TeV i sprawdza, czy wśród zarejestrowanych zdarzeń ukrywają się ślady kwantowych czarnych dziur rozpadających się na lepton i kwark. Nie znaleziono statystycznie istotnego sygnału, ale wyznaczono najsilniejsze dotąd ograniczenia dla części badanych modeli, informuje redakcja TopFlop.

Nie chodzi przy tym o pomniejszone wersje czarnych dziur znanych z astronomii. Hipotetyczny obiekt powstający w zderzeniu protonów miałby istnieć niezwykle krótko, a fizycy nie zobaczyliby samej czarnej dziury. Szukaliby produktów jej rozpadu: bardzo energetycznych elektronów, mionów, fotonów i strumieni hadronów. Kluczowe pytanie brzmi więc nie tylko: jak mała może być czarna dziura, ale również gdzie kończy się klasyczny opis grawitacji i zaczyna obszar, w którym potrzebna byłaby teoria grawitacji kwantowej.

CERN nie zobaczy czarnej kuli — szuka nietypowego układu cząstek

Wielki Zderzacz Hadronów ma obwód 26 659 metrów i przy nominalnych ustawieniach umożliwia zderzenia protonów przy energii środka masy 13,6 TeV. Dwa przeciwbieżne strumienie są doprowadzane do kolizji między innymi wewnątrz detektorów ATLAS i CMS, które mierzą energie, pędy oraz kierunki cząstek powstających w zderzeniach.

Jeżeli w takim zdarzeniu rzeczywiście utworzyłaby się hipotetyczna kwantowa czarna dziura, jej bezpośrednie sfotografowanie byłoby niemożliwe. Detektor zobaczyłby wyłącznie jej produkty rozpadu.

W przypadku najnowszego badania ATLAS CERN poszukiwano jednego wysokoenergetycznego elektronu albo mionu oraz przeciwległego strumienia hadronów, czyli tzw. jetu. Następnie obliczano masę niezmienniczą układu lepton–jet i porównywano rozkład danych z przewidywaniami Modelu Standardowego.

Najbardziej energetyczne zdarzenia zarejestrowane w analizie osiągały około 5,3 TeV w kanale elektron–jet oraz 5,5 TeV w kanale mion–jet. Nie oznacza to jednak odkrycia czarnej dziury.

Takie zdarzenia mogą powstawać również w znanych procesach fizycznych. Decydujące jest to, czy w danych pojawia się statystyczny nadmiar ponad przewidywane tło.

ATLAS takiego nadmiaru nie stwierdził.

„No significant excess above the Standard Model expectation was found in either channel.”

— ATLAS Collaboration, informacja o wynikach analizy z 24 września 2026 roku.

Rezultat pozwolił wykluczyć w badanym modelu progi mas kwantowych czarnych dziur do około 9,4 TeV przy poziomie ufności 95%. Wartość ta jest ograniczeniem konkretnego scenariusza teoretycznego, a nie pomiarem masy istniejącego obiektu.

Jak mała może być czarna dziura

W klasycznej ogólnej teorii względności rozmiar nierotującej, nieposiadającej ładunku czarnej dziury określa promień Schwarzschilda. Jest on proporcjonalny do masy: im mniejsza masa, tym mniejszy horyzont zdarzeń.

Matematycznie nie pojawia się tutaj prosty, klasyczny „minimalny rozmiar”. Problem zaczyna się wtedy, gdy obiekt staje się tak mały, że jednocześnie istotne powinny być efekty kwantowe.

Naturalnym punktem odniesienia jest długość Plancka.

Według aktualnego zestawu stałych CODATA publikowanego przez NIST długość Plancka wynosi około 1,616255 × 10⁻³⁵ m, natomiast masa Plancka około 2,176434 × 10⁻⁸ kg. Jej równoważnik energetyczny to około 1,220890 × 10¹⁹ GeV.

To ogromna różnica względem skali energii dostępnej w LHC.

Wielkość	Wartość	Co oznacza
Długość Plancka	ok. 1,616 × 10⁻³⁵ m	skala, przy której oczekuje się znaczenia efektów kwantowej grawitacji
Masa Plancka	ok. 2,176 × 10⁻⁸ kg	naturalna skala masy w grawitacji kwantowej
Energia masy Plancka	ok. 1,221 × 10¹⁹ GeV	daleko ponad energią akceleratorów
Energia zderzeń LHC	13,6 TeV	13 600 GeV w środku masy układu proton–proton
Limit ATLAS 2026 w analizowanym modelu	do 9,4 TeV	wykluczony próg masy hipotetycznych QBH

Najważniejsze jest jedno rozróżnienie: długość Plancka nie jest potwierdzonym eksperymentalnie „najmniejszym możliwym promieniem czarnej dziury”.

Jest skalą wynikającą z połączenia stałej Plancka, prędkości światła i stałej grawitacji. W jej pobliżu nasze obecne teorie przestają wystarczać do pełnego opisu zjawiska.

Dlatego pytanie o absolutnie najmniejszą możliwą czarną dziurę nie ma obecnie potwierdzonej eksperymentalnie odpowiedzi.

Dlaczego LHC miałby w ogóle tworzyć czarne dziury, skoro ma za mało energii

W zwykłej czterowymiarowej ogólnej teorii względności energia LHC jest zdecydowanie zbyt niska, aby wytwarzać czarne dziury.

Cała idea czarnych dziur w CERN opiera się na dodatkowych, hipotetycznych modelach fizycznych.

Jedną z najczęściej analizowanych klas stanowią teorie z dodatkowymi wymiarami przestrzennymi. Zakładają one, że obserwowana słabość grawitacji może wynikać z jej rozchodzenia się w dodatkowych wymiarach, których nie widzimy w codziennym świecie.

W takim przypadku fundamentalna skala grawitacji mogłaby być znacznie niższa niż standardowa skala Plancka. Przy odpowiednich parametrach mogłaby znaleźć się nawet w zakresie energii liczonych w TeV, czyli potencjalnie dostępnym w zderzeniach cząstek. CERN przedstawia właśnie mikroskopijne czarne dziury jako jeden z możliwych eksperymentalnych sygnałów takich dodatkowych wymiarów.

Co właściwie zmieniają dodatkowe wymiary

Nie chodzi o to, że w LHC nagle zaczyna obowiązywać inna grawitacja. Modele zakładają zmianę zachowania oddziaływania grawitacyjnego na ekstremalnie małych odległościach.

Jeżeli grawitacja może „rozlewać się” na dodatkowe wymiary, jej rzeczywista fundamentalna siła może być większa, niż sugeruje jej pozorna słabość obserwowana w skali makroskopowej.

To właśnie z takich rozważań wynika możliwość powstania obiektu przypominającego mikroskopijną czarną dziurę przy energii znacznie poniżej klasycznej energii Plancka. Nie jest to jednak ustalony fakt.

Dotychczas żaden eksperyment ATLAS ani CMS nie znalazł wiarygodnego dowodu, że takie dodatkowe wymiary lub produkowane dzięki nim czarne dziury istnieją.

Temat wpisuje się w szersze poszukiwania fizyki poza Modelem Standardowym. Podobne pytanie — jak wykorzystać ekstremalnie precyzyjny pomiar do poszukiwania niewidocznej materii — pojawia się również przy propozycji wykorzystania eksperymentu Cavendisha do testowania modeli ciemnej materii. W obu przypadkach eksperyment nie „widzi” nowej fizyki bezpośrednio, lecz szuka odstępstwa od dobrze policzonego tła.

CMS przeanalizował ponad 10 biliardów zderzeń

Drugim kluczowym detektorem jest CMS. W analizie opublikowanej przez współpracę CMS wykorzystano dane z lat 2016–2018, odpowiadające 138 fb⁻¹ zderzeń przy energii 13 TeV. Według zespołu zbiór obejmował ponad 10¹⁶, czyli ponad dziesięć biliardów zderzeń proton–proton.

W tym przypadku fizycy poszukiwali między innymi zdarzeń zawierających wiele wysokoenergetycznych jetów, leptonów i fotonów. Jeden z najbardziej efektownych kandydatów zawierał siedem jetów, a suma ich pędów poprzecznych osiągnęła około 6,9 TeV. Sam wygląd takiego zdarzenia niczego jednak nie przesądza.

Zwykłe procesy Modelu Standardowego czasem przypadkowo układają się w konfiguracje bardzo podobne do hipotetycznego sygnału nowej fizyki. Dlatego analiza musi obejmować ogromną statystykę i kontrolę tła.

„Musimy analizować nasze dane statystycznie, aby sprawdzić, czy takich zdarzeń jest więcej, niż wynikałoby z procesów tła.”

— sens wypowiedzi zespołu CMS opisującego metodę poszukiwania, publikacja z 4 grudnia 2025 roku.

CMS wykorzystał również techniki uczenia maszynowego. Jedna z metod grupowała zdarzenia według ich podobieństwa kinematycznego w wielowymiarowej przestrzeni parametrów.

„Używamy frameworku uczenia maszynowego SVM, aby nauczyć analizę wyznaczania granicy między sygnałem i tłem.”

— Danyi Zhang i Tamas Almos Vami, University of California, Santa Barbara.

Rezultat ponownie był negatywny pod względem odkrycia. CMS nie znalazł dowodów na produkcję mikroskopijnych czarnych dziur.

Jednocześnie analiza wykluczyła w testowanych modelach czarne dziury o masach poniżej około 9,0–11,4 TeV, zależnie od konkretnych parametrów.

Jak wyglądałby rozpad miniaturowej czarnej dziury

To zależy od modelu.

Klasyczne, półklasyczne mikroskopijne czarne dziury mogą być opisywane jako obiekty emitujące wiele cząstek podczas szybkiego parowania. CERN podaje dla części takich scenariuszy czas życia rzędu 10⁻²⁷ sekundy.

Kwantowe czarne dziury analizowane przez ATLAS mogą zachowywać się inaczej. Zamiast dużego „wybuchu” wielu cząstek mogłyby rozpadać się niemal natychmiast na dwie cząstki — na przykład lepton i kwark.

Hipotetyczny scenariusz	Potencjalny sygnał
półklasyczna mikroskopijna czarna dziura	wiele jetów i innych wysokoenergetycznych cząstek
kwantowa czarna dziura	prostszy rozpad, np. lepton + kwark
string ball	wielocząstkowy stan przewidywany w części modeli strunowych
zwykłe tło Modelu Standardowego	podobne konfiguracje mogą powstawać bez nowej fizyki

Różnica ta ma znaczenie eksperymentalne.

Nie istnieje jeden uniwersalny filtr o nazwie „detektor czarnej dziury”. Fizycy prowadzą wiele niezależnych analiz, ponieważ różne modele przewidują różne produkty rozpadu.

Badania nad najmniejszymi skalami materii są zresztą jednym z głównych kierunków programu LHC. Podobne podejście pojawia się w analizach struktury kwarków, splątania kwantowego oraz własności fotonów. Mechanizm przechowywania informacji w dodatkowych stopniach swobody światła opisuje również materiał o tym, jak skręcony foton może kodować informację kwantową.

Czy taka czarna dziura mogłaby pochłonąć Ziemię

Nie.

CERN wyraźnie rozróżnia astrofizyczne czarne dziury od hipotetycznych mikroskopijnych obiektów powstających w wysokoenergetycznych zderzeniach.

W scenariuszach dopuszczających ich produkcję mikroczarne dziury rozpadałyby się praktycznie natychmiast i nie miałyby czasu na akrecję otaczającej materii.

Dodatkowy argument wynika z promieniowania kosmicznego.

Ziemia i inne obiekty astronomiczne są od miliardów lat bombardowane cząstkami osiągającymi energie wyższe niż energie zderzeń w LHC. Gdyby takie kolizje mogły produkować stabilne, niebezpieczne obiekty, natura wykonywałaby podobny eksperyment nieporównanie częściej niż akcelerator.

„Natura przeprowadziła już odpowiednik około stu tysięcy programów eksperymentalnych LHC na Ziemi — a planeta nadal istnieje.”

— Jos Engelen, ówczesny Chief Scientific Officer CERN, 5 września 2008 roku.

Dlatego fizyczne pytanie nie brzmi dziś, czy miniaturowa czarna dziura „ucieknie z CERN”, ale czy jej krótkotrwały ślad może zdradzić istnienie nowych praw fizyki.

Masa liczona w TeV nie oznacza, że w detektorze znajduje się ciężki obiekt

Próg 9,4 TeV może brzmieć ogromnie, lecz w jednostkach makroskopowych oznacza niezwykle małą masę.

Korzystając z równoważności masy i energii, 9,4 TeV/c² odpowiada około 1,68 × 10⁻²³ kg.To mniej więcej dziesięć tysięcy razy masa protonu, ale nadal około 60 bilionów bilionów razy mniej niż jeden gram.

Mowa więc o ogromnej energii w skali fizyki cząstek, skupionej w ekstremalnie małym obszarze, a nie o obiekcie ciężkim według codziennych standardów.

Dlaczego 13,6 TeV nie oznacza automatycznie czarnej dziury o masie 13,6 TeV

Energia środka masy proton–proton wynosząca 13,6 TeV nie jest w całości dostępna jednemu elementarnemu zderzeniu. Proton jest złożony z kwarków i gluonów.

W konkretnym procesie zderzają się jego składniki niosące tylko część całkowitego pędu protonu. Im większej masy nowego obiektu szukają fizycy, tym rzadziej pojawia się konfiguracja, w której partony dysponują odpowiednią energią.

To dlatego analizy obiektów o masach kilku czy kilkunastu TeV znajdują się na granicy możliwości obecnego LHC.

ATLAS zwraca uwagę, że nawet przejście z 13 TeV w Run 2 do 13,6 TeV w Run 3 mogło w niektórych scenariuszach zwiększyć przewidywaną liczbę najcięższych hipotetycznych czarnych dziur nawet o około rząd wielkości.

Co oznacza brak odkrycia

Brak sygnału nie oznacza, że eksperyment „niczego nie znalazł”.

Każda analiza odcina część przestrzeni możliwych parametrów.

Jeżeli konkretny model przewiduje, że przy danej masie i energii LHC powinien produkować wystarczająco dużo czarnych dziur, a danych takich zdarzeń nie ma, model w tym zakresie można wykluczyć z określonym poziomem ufności.

Najnowsze wyniki ATLAS przesunęły granicę dla badanego scenariusza kwantowych czarnych dziur do 9,4 TeV. CMS uzyskał natomiast w wielocząstkowych analizach zależne od modelu ograniczenia sięgające około 11,4 TeV.

Te liczby nie są konkurującymi pomiarami jednego parametru. Dotyczą innych modeli, innych sposobów rozpadu i innych metod analizy.

To rozróżnienie jest kluczowe, ponieważ samo hasło „CERN wykluczył czarne dziury do 11,4 TeV” byłoby zbyt uproszczone.

Wśród hipotez dotyczących czarnych dziur istnieją także obiekty zupełnie niezwiązane z produkcją w LHC. Przykładem są hipotetyczne pierwotne czarne dziury powstałe we wczesnym Wszechświecie. Ich rolę w badaniach nad ciemną materią i promieniowaniem Hawkinga omawiano podczas spotkania NEHOP 2026 poświęconego pierwotnym czarnym dziurom.

LHC obecnie nie zderza protonów — trwa przebudowa przed kolejnym etapem

Ważny jest również kontekst dat.

Protonowa część Run 3 zakończyła się 19 maja 2026 roku. CERN poinformował, że całkowita luminosity dostarczona w Run 3 ponad dwukrotnie przekroczyła wynik Run 2, a ATLAS i CMS zgromadziły łącznie w dotychczasowych etapach pracy LHC około 540 fb⁻¹.

Pod koniec czerwca rozpoczęto duży etap prac związanych z przejściem do programu High-Luminosity LHC.Dlatego określenie „CERN szuka dziś miniaturowych czarnych dziur” oznacza przede wszystkim analizowanie już zgromadzonych gigantycznych zbiorów danych oraz przygotowanie przyszłych, dokładniejszych poszukiwań.

Większa luminosity nie zwiększa energii pojedynczej kolizji, ale zwiększa liczbę zderzeń.

Dla ekstremalnie rzadkiego procesu jest to kluczowe: im więcej danych, tym większa szansa, że ewentualny sygnał pojawi się wystarczająco wiele razy, aby można było odróżnić go od statystycznego przypadku.

Co odkrycie miniaturowej czarnej dziury naprawdę by oznaczało

Potwierdzenie takiego obiektu byłoby znacznie ważniejsze niż samo znalezienie „bardzo małej czarnej dziury”.

W zależności od modelu mogłoby wskazywać, że skala kwantowej grawitacji jest znacznie niższa, niż wynika ze standardowego czterowymiarowego obrazu fizyki.

Mogłoby dostarczyć informacji o dodatkowych wymiarach przestrzennych.

Pozwoliłoby również eksperymentalnie badać obszar, w którym spotykają się mechanika kwantowa, grawitacja i termodynamika — trzy dziedziny opisujące przyrodę niezwykle skutecznie, lecz w przypadku ekstremalnych warunków trudne do połączenia w jeden kompletny model.

Na razie jednak mikroskopijne czarne dziury pozostają hipotezą.

Ani ATLAS, ani CMS nie znalazły dotąd potwierdzonego sygnału.

Największą wartością obecnych analiz jest więc coraz precyzyjniejsze wyznaczanie granicy: gdzie nowa fizyka mogłaby się jeszcze ukrywać, a gdzie eksperyment już jej nie pozostawia miejsca.

Pytania i odpowiedzi

Czy CERN naprawdę próbuje stworzyć czarną dziurę?

CERN prowadzi eksperymenty, w których zderza cząstki przy bardzo wysokich energiach. Niektóre modele fizyczne przewidują, że jednym z możliwych produktów takich zderzeń mogłyby być mikroskopijne czarne dziury. Celem eksperymentów jest sprawdzenie tych przewidywań, a nie produkcja trwałych czarnych dziur.

Jak mała może być czarna dziura?

Nie znamy eksperymentalnie potwierdzonego absolutnego minimum. W fizyce fundamentalnej punktem odniesienia jest długość Plancka, około 1,616 × 10⁻³⁵ m, ale nie można po prostu uznać jej za zmierzony minimalny promień czarnej dziury.

Czy w LHC odkryto już miniaturową czarną dziurę?

Nie. Najnowsze analizy ATLAS i CMS nie wykazały statystycznie istotnego nadmiaru zdarzeń wskazującego na ich produkcję. Pozwoliły natomiast wykluczyć kolejne zakresy parametrów hipotetycznych modeli.

Jak detektor mógłby zobaczyć czarną dziurę?

Nie obserwowałby jej bezpośrednio. Poszukuje produktów natychmiastowego rozpadu — na przykład wysokoenergetycznego leptona i jetu albo wielu jetów, leptonów i fotonów. Ich energie, kierunki i masa niezmiennicza całego układu mogą ujawnić statystyczny nadmiar.

Jak długo istniałaby taka czarna dziura?

W zależności od modelu byłby to czas ekstremalnie krótki. CERN podaje dla części scenariuszy mikroskopijnych czarnych dziur czas rzędu 10⁻²⁷ sekundy. Kwantowe czarne dziury poszukiwane przez ATLAS również miałyby rozpadać się praktycznie natychmiast.

Czy miniaturowa czarna dziura z LHC byłaby niebezpieczna?

Według ocen bezpieczeństwa CERN — nie. Modele pozwalające na ich produkcję przewidują natychmiastowy rozpad, a wysokoenergetyczne promienie kosmiczne od miliardów lat wywołują naturalne kolizje o energiach przewyższających te dostępne w LHC.

Poszukiwania będą więc kontynuowane nie dlatego, że fizycy spodziewają się zobaczyć czarną kulę połykającą materię, lecz dlatego, że pojedynczy nietypowy wzór zapisany w miliardach i bilionach zderzeń mógłby ujawnić pierwszą eksperymentalną wskazówkę dotyczącą kwantowej grawitacji i dodatkowej struktury przestrzeni.

Warto przeczytać także nasz kolejny materiał, w którym szerzej wyjaśniamy podobny temat: Dlaczego drzewa jesienią zabierają składniki odżywcze z liści przed ich zrzuceniem