Чорні діри можуть допомогти у виявленні нових частинок

Деякі теорії, що виходять за рамки Стандартної моделі фізики частинок, передбачають існування нових ультралегких частинок, маси яких значно менші найлегших відомих частинок в природі. Ці частинки мають такі дуже слабкі взаємодії з звичайною речовиною, що їх важко виявити за допомогою коллайдерів частинок і детекторів темної матерії.

Однак, згідно зі статтею фізиків Даніеля Бауманна і Хорнг Шен Чіа з Амстердамського університету, разом з Рафаелем Порту з Науково-дослідницького інституту в Гамбургу, такі частинки можуть бути виявлені в гравітаційних хвильових сигналах, що походять від злиття чорних дір. Дослідження було опубліковано у "Physical Review D" на цьому тижні, повідомляє "Phys.org".

Природа складається з двох типів частинок: ферміонів - це тип частинок, що утворюють тверду матерію, і бозонів - тип частинок, які можуть поширювати взаємодії. Надлегкі бозони можуть утворювати великі конденсати навколо чорних дір, що швидко обертаються, через процес, який називається надвипромінюванням. Чорну діру, що несе таку бозонну хмару, іноді називають "гравітаційним атомом", оскільки її конфігурація дуже нагадує протон-електронну структуру в атомі водню, але в набагато більшому масштабі. Наприклад, так само, як електрон в атомі водню, бозонна хмара навколо чорної діри може існувати в ряді різних станів, кожна з яких має певну енергію.

Новини за подібною темою:

		Астрономи виявили чорну діру, що розриває зорю, знаходячись поза галактичним центром
		Вперше отримано зображення з двома чорними дірами, що обертаються одна навколо одної
		Астрофізики з′ясували, як чорні діри створюють потужні релятивістські джети

Відбитки пальців

У випадку атома водню переходи між цими різними рівнями енергії можуть бути індуковані за допомогою наведення лазера на атом. При точно правильній енергії лазера електрон може переходити з одного стану в інший. Аналогічний ефект може відбутися і для гравітаційного атома, якщо він є частиною пари чорних дір, що обертаються одна навколо одної. У цьому випадку гравітаційний вплив другої чорної діри відіграватиме роль лазера і індукуватиме переходи між енергетичними станами бозонної хмари.

В останні роки фізикам вдалося виміряти гравітаційні хвилі - пульсації в гравітаційному полі - які виникають, коли пари чорних дір насильно зливаються в одну. Як показують Бауманн, Чіа і Порту, наявність переходів енергетичного рівня в гіпотетичній бозонній хмарі буде викликати характерний «відбиток» у сигналах гравітаційних хвиль, що виникають при таких злиттях чорних дір. Спостереження за таким відбитком пальців було б важливим тестом для теорій, які передбачають існування надлегких бозонних частинок. Хоча поточні спостереження гравітаційних хвиль ще не є достатньо чутливими, щоб спостерігати ефект, але це, безсумнівно, стане важливою метою майбутніх експериментів.

• Чорні діри
• ферміони