Черные дыры могут помочь в выявлении новых частиц
Некоторые теории, выходящие за рамки Стандартной модели физики частиц, предусматривают существование новых ультралегких частиц, массы которых значительно меньше самых легких известных частиц в природе. Эти частицы имеют такие очень слабые взаимодействия с обычным веществом, что их трудно обнаружить с помощью коллайдера частиц и детекторов темной материи.
Однако, согласно статье физиков Даниэля Бауманна и Хорнг Шен Чиа из Амстердамского университета, вместе с Рафаэлем Порту с Научно-исследовательского института в Гамбурге, такие частицы могут быть обнаружены в гравитационных волновых сигналах, которые происходят от слияния черных дыр. Исследование было опубликовано в "Physical Review D" на этой неделе, сообщает "Phys.org".
Природа состоит из двух типов частиц: фермионов - это тип частиц, образующих твердую материю, и бозонов - тип частиц, которые могут распространять взаимодействия. Сверхлегкие бозоны могут образовывать большие конденсаты вокруг быстро вращающихся черных дыр через процесс, который называется сверхизлучением. Черную дыру, несущую такое бозонное облако, иногда называют "гравитационным атомом", поскольку ее конфигурация очень напоминает протон-электронную структуру в атоме водорода, но в гораздо большем масштабе. Например, так же, как электрон в атоме водорода, бозонное облако вокруг черной дыры может существовать в ряде различных состояний, каждое из которых имеет определенную энергию.
Отпечатки пальцев
В случае атома водорода переходы между этими различными уровнями энергии могут быть индуцированы с помощью наведения лазера на атом. При точно правильной энергии лазера электрон может переходить из одного состояния в другое. Аналогичный эффект может произойти и для гравитационного атома, если он является частью пары черных дыр, вращающихся друг вокруг друга. В этом случае гравитационное воздействие второй черной дыры будет играть роль лазера и индуцировать переходы между энергетическими состояниями бозонного облака.
В последние годы физикам удалось измерить гравитационные волны - пульсации в гравитационном поле - возникающие, когда пары черных дыр насильно сливаются в одну. Как показывают Бауманн, Чиа и Порту, наличие переходов энергетического уровня в гипотетическом бозонном облаке будет вызывать характерный «отпечаток» в сигналах гравитационных волн, возникающих при таких слияниях черных дыр. Наблюдение за таким отпечатком пальцев было бы важным тестом для теорий, предполагающих существование сверхлегких бозонних частиц. Хотя текущие наблюдения гравитационных волн еще не достаточно чувствительные, чтобы наблюдать эффект, но это, несомненно, станет важной целью будущих экспериментов.