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探索暗物质粒子奥秘 崩溃前存"凝聚体爆发"现象

http://www.kexue.com 2012-06-20 10:26:44 腾讯科学  发表评论

探索暗物质粒子奥秘 酷似黑洞吃“零食”
携带质量的玻色云崩溃将引发强烈的引力波

  据国外媒体报道,科学家近日发现了一个探索宇宙粒子的新途径,通过黑洞的引力波辐射揭开宇宙亚原子粒子的奥秘。在此之前,粒子物理学家希望通过位于瑞士日内瓦的欧洲核子研究中心大型强子对撞机发现被喻为“上帝粒子”的希格斯玻色子。维也纳科技大学的研究人员为此提供了一个新的概念模型,发现具有极端引力环境的黑洞可能聚集一种目前还处于假想中的亚原子粒子,其被粒子物理学家称为轴子。

  参与本项研究的科学家为加布里埃拉·莫卡努(Gabriela Mocanu)、丹尼尔·格吕米耶(Daniel Grumiller),他们认为虽然目前还没有证据显示“轴子”真实存在的证据,但该亚原子粒子被认为是很可能存在,而我们可通过黑洞来“猎取”轴子。在量子力学的神奇世界中,粒子被认为是不仅具有传统意义上粒子的属性,也具有波的特点。更大质量的粒子,比如质子,对应的则为较短的波;而质量较轻的粒子,比如光子,则具有更长的波长。由于粒子物理学家假想中的“轴子”质量非常轻,因此该亚原子粒子的波长就相对较长。

  通常情况下,黑洞具有强大的引力场,任何物体靠近黑洞的引力作用范围,都是“单程之旅”,就如宇宙飞船、亚原子粒子、光等等都逃不出黑洞的引力场。当物体坠入黑洞被引力拖入黑洞后,将经历极端条件下质能转换,因此这些物体永远不会再次出现在我们目前已知的宇宙中。但是一些粒子在黑洞附近却有着不一般的行为。就如一个电子在中性氢原子内部绕着质子运动,“轴子”可能在黑洞周围的轨道上被创建出来。

  科学家发现假想中的“轴子”亚原子粒子具有的波长很长,甚至可达到几公里,因此它们能稳定在类似原子的轨道上。关键的区别是,除了在波长不同外,电子围绕着原子核运行依靠的是电磁力,但“轴子”却是依靠引力,而且电子则作为“轻子”量子大家族的一部分。“轻子”也受到一些非常严格的量子定律约束,比如不可能存在两个轻子同时占据相同的轨道位置,它们以正反粒子形式出现。

  另一方面,“轴子”为低温玻色子的凝聚态,在量子理论框架下比“轻子”更加灵活,无数个玻色子可以在同一时间以相同的状态出现,它们就像是一个大型玻色子聚会。科学家加布里埃拉·莫卡努与丹尼尔·格吕米耶目前已经将这个想法提升到一个新的水平上,即在黑洞边缘上体现。通过计算发现应该存在大量的“轴子”存在与黑洞周围的时空中,形成一团酷似云团的“玻色子云”,就如同一群蜜蜂聚集在蜂箱周围。

  虽然个别“轴子”携带的质量接近于零,但如果存在趋于无穷的“轴子”或者有着较高的数量级,那么其质量体现就非常可观了。事实上,科学家们认为“轴子”可能是一种神秘的暗物质粒子,宇宙中大量的“轴子”携带了至少一部分的质量,并以暗物质形式存在着。然而,黑洞可能被巨大的“轴子”云包围着,那么我们能从中得到哪些信息呢?

  对此,丹尼尔·格吕米耶认为:“笼罩在黑洞周围的轴子云,如同一团松散的沙子,如果其中一粒沙子滑落或者受到外来的某种作用力触发,这团玻色云就会突然崩溃。”玻色云很有可能携带着一定的质量,发生崩溃时就会发生被科学家称为“凝聚体爆发”现象,并释放出巨大的能量,使得时空结构出现涟漪。这种涟漪则被称为引力波,或许我们可以在2016年之前观察到该现象。(Everett)

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