物理学者、LHCで量子ブラックホールの探索を拡大(Physicists extend the search for quantum black holes at the LHC)

2026-09-17 カリフォルニア大学サンタバーバラ校(UCSB)

米カリフォルニア大学サンタバーバラ校(UCSB)の研究者らは、CERNの大型ハドロン衝突型加速器(LHC)で生成される可能性がある微視的量子ブラックホールを、2016~2018年にCMS検出器で取得したデータを用いて探索した。研究では、粒子生成物のエネルギー分布や「球形度」に加え、粒子事象を多次元の位相空間上で比較する新しい「phase-space distance」手法を開発し、サポートベクターマシン(SVM)による機械学習と組み合わせた。この手法は従来の球形度指標より高い識別性能を示した。量子ブラックホールの兆候は発見されず、約12 TeVまでの特定のモデルが制限されたほか、余剰次元にも制約が加えられた。さらに同じ手法でスファレロンも探索し、将来のHL-LHCでの未知粒子・新物理探索に利用できる分析手法を示した。

物理学者、LHCで量子ブラックホールの探索を拡大(Physicists extend the search for quantum black holes at the LHC)
Photo Credit:Progress in High Energy Physics (PHEP)
FIGURE 1: Event display of the final products from a simulated microscopic black hole evaporation at the LHC. The red lines represent muons, the orange cones are jets, the yellow lines are tracks, the green line is an electron, and the blue block is for a photon interaction in the electric calorimeter.

<関連情報>

CMSにおける新しい機械学習技術を用いたブラックホールと閃亜鉛鉱の探索 Search for Black Holes and Sphalerons Using Novel MachineLearning Techniques at CMS

Tamas Almos Vami,Danyi Zhang
Progress in High Energy Physics  Published:2026-05-05
DOI:https://doi.org/10.31526/PHEP.2026.21

Abstract

A comprehensive search for microscopic black holes and electroweak sphalerons is presented, using proton-proton collision data collected by the CMS detector during 2016–2018, corresponding to an inte-grated luminosity of 138 fb−1. A novel tool has been developed to identify collider events with distinct kinematic features, based on the phase space distance between events. In the context of models with large extra dimensions, semiclassical black holes with masses below 9.0-11.4 TeV are excluded by this search, significantly extending previous sensitivity. Additionally, a dedicated search for electroweak sphaleron transitions has been performed. An upper limit of 0.0025 is set at 95% confidence level on the fraction of
quark-quark interactions with center-of-mass energy above the nominal threshold of 9 TeV that result in sphaleron transitions.

1701物理及び化学
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