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探索暗物質(zhì)粒子奧秘 酷似黑洞吃“零食”

時間: 林少742 分享

  據(jù)報道,科學(xué)家近日發(fā)現(xiàn)了一個探索宇宙粒子的新途徑,通過黑洞的引力波輻射揭開宇宙亞原子粒子的奧秘。在此之前,粒子物理學(xué)家希望通過位于瑞士日內(nèi)瓦的歐洲核子研究中心大型強(qiáng)子對撞機(jī)發(fā)現(xiàn)被喻為“上帝粒子”的希格斯玻色子。維也納科技大學(xué)的研究人員為此提供了一個新的概念模型,發(fā)現(xiàn)具有極端引力環(huán)境的黑洞可能聚集一種目前還處于假想中的亞原子粒子,其被粒子物理學(xué)家稱為軸子。

  參與本項(xiàng)研究的科學(xué)家為加布里埃拉·莫卡努、丹尼爾·格呂米耶,他們認(rèn)為雖然目前還沒有證據(jù)顯示“軸子”真實(shí)存在的證據(jù),但該亞原子粒子被認(rèn)為是很可能存在,而我們可通過黑洞來“獵取”軸子。在量子力學(xué)的神奇世界中,粒子被認(rèn)為是不僅具有傳統(tǒng)意義上粒子的屬性,也具有波的特點(diǎn)。更大質(zhì)量的粒子,比如質(zhì)子,對應(yīng)的則為較短的波;而質(zhì)量較輕的粒子,比如光子,則具有更長的波長。由于粒子物理學(xué)家假想中的“軸子”質(zhì)量非常輕,因此該亞原子粒子的波長就相對較長。

  通常情況下,黑洞具有強(qiáng)大的引力場,任何物體靠近黑洞的引力作用范圍,都是“單程之旅”,就如宇宙飛船、亞原子粒子、光等等都逃不出黑洞的引力場。當(dāng)物體墜入黑洞被引力拖入黑洞后,將經(jīng)歷極端條件下質(zhì)能轉(zhuǎn)換,因此這些物體永遠(yuǎn)不會再次出現(xiàn)在我們目前已知的宇宙中。但是一些粒子在黑洞附近卻有著不一般的行為。就如一個電子在中性氫原子內(nèi)部繞著質(zhì)子運(yùn)動,“軸子”可能在黑洞周圍的軌道上被創(chuàng)建出來。

  科學(xué)家發(fā)現(xiàn)假想中的“軸子”亞原子粒子具有的波長很長,甚至可達(dá)到幾公里,因此它們能穩(wěn)定在類似原子的軌道上。關(guān)鍵的區(qū)別是,除了在波長不同外,電子圍繞著原子核運(yùn)行依靠的是電磁力,但“軸子”卻是依靠引力,而且電子則作為“輕子”量子大家族的一部分。“輕子”也受到一些非常嚴(yán)格的量子定律約束,比如不可能存在兩個輕子同時占據(jù)相同的軌道位置,它們以正反粒子形式出現(xiàn)。

  另一方面,“軸子”為低溫玻色子的凝聚態(tài),在量子理論框架下比“輕子”更加靈活,無數(shù)個玻色子可以在同一時間以相同的狀態(tài)出現(xiàn),它們就像是一個大型玻色子聚會??茖W(xué)家加布里埃拉·莫卡努與丹尼爾·格呂米耶目前已經(jīng)將這個想法提升到一個新的水平上,即在黑洞邊緣上體現(xiàn)。通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)應(yīng)該存在大量的“軸子”存在與黑洞周圍的時空中,形成一團(tuán)酷似云團(tuán)的“玻色子云”,就如同一群蜜蜂聚集在蜂箱周圍。

  雖然個別“軸子”攜帶的質(zhì)量接近于零,但如果存在趨于無窮的“軸子”或者有著較高的數(shù)量級,那么其質(zhì)量體現(xiàn)就非??捎^了。事實(shí)上,科學(xué)家們認(rèn)為“軸子”可能是一種神秘的暗物質(zhì)粒子,宇宙中大量的“軸子”攜帶了至少一部分的質(zhì)量,并以暗物質(zhì)形式存在著。然而,黑洞可能被巨大的“軸子”云包圍著,那么我們能從中得到哪些信息呢?

  對此,丹尼爾·格呂米耶認(rèn)為:“籠罩在黑洞周圍的軸子云,如同一團(tuán)松散的沙子,如果其中一粒沙子滑落或者受到外來的某種作用力觸發(fā),這團(tuán)玻色云就會突然崩潰。”

  玻色云很有可能攜帶著一定的質(zhì)量,發(fā)生崩潰時就會發(fā)生被科學(xué)家稱為“凝聚體爆發(fā)”現(xiàn)象,并釋放出巨大的能量,使得時空結(jié)構(gòu)出現(xiàn)漣漪。這種漣漪則被稱為引力波,或許我們可以在2016年之前觀察到該現(xiàn)象。

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