Черные дыры станут детекторами элементарных частиц

Два австрийских физика из Института теоретической физики при Венском технологическом Университете Даниэл Грумиллер и Габриэла Бокану предложили использовать черные дыры для обнаружения новых элементарных частиц.

Строго говоря, речь пока идет только об одном виде частиц – гипотетических аксионах, существование которых было предсказано еще в 1977 году - именно они могли сделать непротиворечивой квантовую хромодинамику. Тем не менее, сами аксионы до сих пор обнаружены не были.

По идее аксионы должны обладать очень малой массой и достаточно слабо взаимодействовать с веществом. Но малая масса с точки зрения квантовой механики означает, что аксион, будучи частицей, одновременно является волной, длина которой очень велика – до нескольких километров. Опираясь на прежние работы Асмины Арманитаки и Сергея Дубовского (США-Россия), Грумиллер и Бокану показали, что благодаря этому обстоятельству аксион, попав в поле действия черной дыры, не упадет на нее, а станет двигаться вокруг нее по стабильной орбите, подобно тому, как электрон движется вокруг атомного ядра. Ведь аксион – нейтральная частица, поэтому на орбите его держат не электромагнитные силы, а гравитационные.

Правда, здесь есть более принципиальное различие. Электрон относится к семейству фермионов, частиц с полуцелым спином, для которых природа ввела запрет – два фермиона не могут находиться в одном и том же состоянии, то есть на одном энергетическом уровне, иначе говоря, на одной орбите. Аксион, в свою очередь, относится к семейству бозонов, на которые этот запрет не распространяется, поэтому подобные частицы могут скапливаться на одной орбите. Венские теоретики показали, что такое скапливание вокруг черный дыры действительно происходит, причем по нарастающей.

По их расчетам, вокруг черных дыр могутся носиться гигантские аксионовые облака. При этом они нестабильны и при большой массе могут схлопываться. Этот процесс, называемый "бозе-нова", должен сопровождаться выделением громадного количества энергии и рождением гравитационных волн, зарегистрировав которые, можно будет доказать, что аксионы существуют, и, возможно, определить их характеристики.

Самое любопытное, что очень скоро у астрофизиков появится возможность проводить подобные наблюдения. Детекторы гравитационных волн уже разработаны, и ожидается, что к 2016 году точность измерений возрастет насколько, чтобы однозначно регистрировать "бозе-новы" у черных дыр.