Дослідники з Інституту теоретичної фізики при Віденському технічному університеті запропонували використовувати чорні діри (ЧД) для пошуку аксионов, всі спроби виявити які за допомогою експериментальних прискорювачів частинок поки не мали успіху.

Аксіони - псевдоскалярні частинки з довжиною хвилі до багатьох кілометрів, що виникають при взаємодії фотонів високих енергій і ядер атомів, - не даремно назвали по марці прального порошку: вони покликані «відіпрати» квантову хромодинамику від проблеми сильного CP-порушення. От тільки знайти цей «пральний порошок» ніяк не вдається.

Аксіони з різних джерел шукали фахівці CERN, ADMX і PVLAS; в останньому випадку навіть було оголошено про виявлення... Але на жаль. Вважалося, що аксіони випромінює Сонце внаслідок ефекту Примакова, то їх оголошували найважливішим компонентом галактичного гало темної матерії - проте ні в Сонячній системі, ні на галактичної околиці нічого виявити не вдалося.

І тим не менш фізики Даніель Грумиллер (Daniel Grumiller) та Габріела Мокану (Gabriela Mocanu) вважають, що знайти їх можна, просто для пошуку цих невловимих псевдоскалярных частинок потрібно використовувати більш потужні прискорювачі. Як відомо, ЧД, відповідно до процесу Пенроуза, розганяє частина потрапляє в її гравітаційне поле матерії до таких швидкостей, що та відправляється з величезною швидкістю в навколишній простір. При цьому обертання ЧД сповільнюється, аж до (в теорії) нуля. Але що особливо важливо, в силу концентрації бозонного хмари в районі ЧД значна кількість бозонів та інших частинок буде піддаватися досить серйозного прискоренню, що перевершує за своїми параметрами ті умови, які вдалося створити в кращих прискорювачах.

Але як зареєструвати розігнані чорною дірою аксіони? Процес розгону великих мас таких частинок повинен генерувати гравітаційні хвилі, які потім можна буде виміряти.

Аксіони є бозонами. Іншими словами, на відміну від фермионов, вони можуть перебувати в одному і тому самому квантовому стані; навколо ЧД можуть утворитися цілі «хмари» таких бозонів. Однак з часом ці хмари здатні коллапсировать, утворюючи те, що вчені назвали «бозонной нової», - «спалах» бозонів, активно розлітаються у різні боки. Якщо в хмарі перед колапсом завдяки процесу Пенроуза накопичиться достатньо енергії, колапс викличе сильні викривлення простору-часу, гравітаційні хвилі, які можна буде зареєструвати навіть на Землі.

Згідно обчислень дослідників, потрібна чутливість споруджуваних детекторів гравітаційних хвиль буде досягнуто до 2016 року, так що чекати початку використання ЧД в якості прискорювачів залишилося не так вже й довго.

Відповідна робота опублікована в журналі Physical Review D.

Підготовлено за матеріалами Віденського технічного університету та arXiv.