Чорні діри допоможуть виявити нові частинки

Чорні діри допоможуть виявити нові частинки

Вчені вважають, що в сигналах гравітаційних хвиль від зливання чорних дір можна знайти відбитки гіпотетичних найлегших частинок.

Деякі теорії, що виходять за рамки Стандартної моделі фізики елементарних частинок, пророкують існування нових, надлегких частинок, які важать набагато менше найлегших з відомих частинок. При дуже слабкій взаємодії цих частинок із звичайною речовиною їх вкрай складно зареєструвати на звичайних прискорювачах частинок і датчиках темної матерії. Однак фізики Деніел Бауманн і Хорнг Шен Чіа з Амстердамського університету, а також Рафаель Порто з DESY в Гамбурзі показали, що такі частинки можна зареєструвати в сигналах гравітаційних хвиль від злиття чорних дір. Їх стаття опублікована в журналі Physical Review D.

Природа складається з двох типів часток: ферміонів, з яких сформовано всю речовину, і бозонів, що переносять взаємодії. Надлегкі бозони можуть створювати великі конденсати навколо чорних дір які швидко обертаються  в процесі надвипромінювання. Чорну діру з такою бозоновою хмарою іноді називають «гравітаційним атомом», так як її конфігурація сильно нагадує – нехай і на набагато більшому масштабі – протон-електронну структуру атома водню. Наприклад, як і електрон в атомі водню, бозонова хмара навколо чорної діри може перебувати в кількох різних станах, кожне з яких буде володіти конкретною енергією.

У випадку з атомом водню переходи між цими різними енергетичними рівнями можна спровокувати, направивши лазер на атом. При правильній енергії лазера електрон здатний «перестрибувати» з одного стану в інший. Схожий ефект може бути присутнім і в гравітаційному атомі, якщо він є частиною пари чорних дір які зливаються. В цьому випадку гравітаційний вплив другої чорної діри зіграє роль «лазера» і спровокує переходи бозонової хмари між різними енергетичними рівнями.

Як виявити ці частинки?

Не так давно у фізиків з’явилася можливість вимірювати гравітаційні хвилі – брижі в гравітаційному полі, – що відбуваються при злитті пари чорних дір в одну. Як показали Бауманн, Чіа і Порто, присутність переходів між енергетичними рівнями в гіпотетичній бозоновій хмарі має залишити «відбиток» в сигналах гравітаційних хвиль, вироблених такими чорними дірами які зливаються. Спостереження такого відбитка стало б важливим випробуванням для теорій, котрі пророкують надлегкі бозонні частки. Незважаючи на те що сучасні гравітаційно-хвильові спостереження поки недостатньо чутливі для спостереження такого ефекту, це неодмінно стане однією з важливих цілей майбутніх експериментів.


Be the first to comment

Leave a Reply