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[圖文]黑洞搜尋未被發現粒子

2015年12月04日 宇宙奧秘-短篇 暫無評論 閱讀 119 次

藝術概念圖,展示了一個黑洞。軸粒子能夠在黑洞周圍積聚並放射出引力波
藝術概念圖,展示了一個黑洞。軸粒子能夠在黑洞周圍積聚並放射出引力波
軸粒子崩潰時,時空中將出現能夠在地球上探測到的波動
軸粒子崩潰時,時空中將出現能夠在地球上探測到的波動

  維也納技術大學的科學家表示,他們找到了一種搜尋此前未被發現的粒子的新方式——利用黑洞。他們搜尋的粒子是假設中存在的軸粒子。這種粒子質量很小,在黑洞周圍積聚並從黑洞吸取能量。這一過程會放射出可以進行測量的引力波。


  搜尋新粒子通常需要耗費大量能量,這也就是為什麼要製造大型加速器。加速器能夠讓粒子的速度接近光速。然而,研製加速器的成本卻令人望而卻步。以大型強子對撞機為例,研製這台加速器共歷時30年,耗資大約37億英鎊(約合58億美元)。


  維也納技術大學的科學家提出了一種富有創造性的方式,利用黑洞搜尋新粒子。他們表示這種方式可以證明假設中存在的軸粒子是否真實存在。這種粒子質量很小,在黑洞周圍積聚並從黑洞吸取能量。這一過程會放射出可以進行測量的引力波。


  維也納技術大學的丹尼爾-格魯米勒和加布里拉-莫卡努針對如何搜尋這種粒子進行了研究。格魯米勒是一位理論物理學家。他說:「雖然還沒有證明軸粒子的存在,但存在的可能性極高。」格魯米勒和莫卡努認為軸粒子能夠環繞黑洞運行,方式與電子環繞原子核類似。不過,將黑洞和軸粒子「捆綁」在一起的並不是電磁力,而是引力。


  在量子物理學領域,所有粒子都被描述為一種波,波長與粒子的能量有關。重粒子的波長較短,低能軸粒子的波長可達到數公里。根據格魯米勒和莫卡努的研究,軸粒子能夠環繞黑洞運行,方式與電子環繞原子核類似。不過,原子內的電子與黑洞周圍的軸粒子之間存在巨大差異。電子是費密子,也就是說,並不存在擁有相同狀態的兩個電子。軸粒子是玻色子,很多軸粒子能夠同時擁有同樣的量子態,在黑洞周圍形成一個「玻色子雲」。這個雲不斷從黑洞吸取能量,雲內的軸粒子數量不斷增多。不過,玻色子雲並不一定處於穩定狀態。


  格魯米勒表示:「這些玻色子就像是一堆鬆散的沙子,只要被一粒額外的沙子觸動,便會突然滑動。」令人興奮的是,玻色子的這種崩潰能夠進行測量。在此過程中,它們會造成時空振動,釋放出引力波。用於探測引力波的探測器已經問世。2016年,探測器的精確度能夠達到確定引力波類型的程度。格魯米勒和莫卡努進行的計算顯示,引力波不僅能夠加深我們對天文學的瞭解,同時也能幫助我們進一步瞭解新粒子。


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