10 millions de milliards de collisions au LHC, et toujours aucun trou noir

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Vous vous êtes posé la question un jour : le collisionneur du CERN peut-il fabriquer un trou noir qui avalerait la Terre ? Deux physiciens de l’université de Californie à Santa Barbara viennent d’y répondre avec les données. Ils ont repassé au crible 138 femtobarns inverses de collisions du détecteur CMS, accumulées entre 2016 et 2018. Aucun trou noir microscopique n’y apparaît.

Ce que le CERN répond depuis le 5 septembre 2008

La veille du premier faisceau, le 5 septembre 2008, le CERN publie un communiqué pour couper court. « The LHC is safe, and any suggestion that it might present a risk is pure fiction », y déclare Robert Aymar, son directeur général d’alors. Son directeur scientifique Jos Engelen sort l’argument qui porte. La nature a déjà mené sur Terre l’équivalent d’environ cent mille programmes expérimentaux du LHC, et la planète existe toujours.

Le rapport du groupe d’évaluation de la sûreté du LHC, remis en juin 2008, chiffre cet argument. Ses cinq auteurs comparent les collisions de l’accélérateur à celles des rayons cosmiques qui bombardent la Terre depuis des milliards d’années, à des énergies supérieures. Les étoiles, les naines blanches et les astres à neutrons encaissent ces chocs depuis toujours. Leur simple existence suffit à conclure que de telles collisions ne peuvent pas être dangereuses, écrivent-ils dans cette revue de sûreté, parue dans le Journal of Physics G.

Le CERN chiffre aussi la durée de vie d’un tel objet, s’il venait à se former : environ un milliardième de milliardième de milliardième de seconde. Le rayonnement de Hawking l’évaporerait avant même qu’il n’atteigne la paroi du détecteur, notent les auteurs de 2008. « If you made one, it would disintegrate immediately », résume Steven Giddings, théoricien à Santa Barbara.

Ce que 138 femtobarns inverses ajoutent

Danyi Zhang et Tamas Almos Vami, tous deux au département de physique de l’université de Californie à Santa Barbara, ont appliqué aux données de CMS une méthode neuve, présentée dans Progress in High Energy Physics. Elle mesure la distance entre deux collisions dans ce que les physiciens appellent l’espace des phases. « Phase space refers to a mathematical, multidimensional map in which every dimension of space and time is incorporated », explique Nathaniel Craig, le théoricien qui l’a mise au point, dans le communiqué de l’université. Un classifieur, la machine à vecteurs de support, convertit ensuite cette distance en un score unique.

La recherche complète de la collaboration CMS, parue dans le Journal of High Energy Physics en août 2026, exclut à 95 % de confiance les trous noirs semi-classiques de masse inférieure à 8,4-11,4 TeV selon le scénario retenu (article de CMS). Aucun trou noir microscopique dans les 138 femtobarns inverses de collisions du LHC : leur production est exclue jusqu’à 11,4 TeV, soit 88 % de l’énergie disponible en 2016-2018 (CMS, JHEP, août 2026). Ces données représentent plus de dix millions de milliards d’événements de collision.

La même recherche pose trois autres bornes, dans la même unité.

Les trois premières bornes portent sur des objets hypothétiques, la quatrième sur la géométrie de l’espace. Toutes viennent du même jeu de données. Les recherches qui ne trouvent rien font le gros du travail en physique. Un observatoire écossais a traqué la matière noire pendant dix ans sans rien voir. Un détecteur enterré sous le Gran Sasso vient d’écarter un modèle d’effondrement quantique.

Ce qu’il reste aux dimensions supplémentaires

Pourquoi chercher des trous noirs dans un accélérateur ? Parce que la gravitation est anormalement faible par rapport aux autres forces, et qu’une hypothèse veut qu’une partie s’échappe dans des dimensions d’espace supplémentaires, explique le CERN. Dans ces modèles, un trou noir microscopique devient producible aux énergies du LHC. C’est cette porte que la recherche vient de refermer un peu plus.

Les collisions de CMS écartent désormais la présence de plus de deux dimensions spatiales supplémentaires dans de nombreux scénarios, à 95 % de confiance. La théorie des cordes en réclame dix au total. « If this thing existed with these properties, we’d have seen it », résume Danyi Zhang. Tamas Vami, lui, garde le regret du chercheur : « Had we found evidence, we could have begun to directly study quantum gravity. »

L’anneau de 27 kilomètres est enterré à 100 mètres sous la frontière franco-suisse, près de Genève : le fameux trou noir du CERN aurait donc été franco-suisse (fiche du LHC). Il collisionne aujourd’hui à 13,6 TeV, six cents gigaélectronvolts de plus que les données qui viennent d’être épluchées.

Article créé en collaboration avec l’IA.