探索暗物質(zhì)粒子奧秘 酷似黑洞吃“零食”
據(jù)報(bào)道，科學(xué)家近日發(fā)現(xiàn)了一個(gè)探索宇宙粒子的新途徑，通過(guò)黑洞的引力波輻射揭開(kāi)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(guò)位于瑞士日內(nèi)瓦的歐洲核子研究中心大型強(qiáng)子對(duì)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(gè)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(chēng)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(méi)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(guò)黑洞來(lái)“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(duì)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(zhǎng)的波長(zhǎng)。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(zhǎng)就相對(duì)較長(zhǎng)。
通常情況下，黑洞具有強(qiáng)大的引力場(chǎng)，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(chǎng)。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(huì)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(gè)電子在中性氫原子內(nèi)部繞著質(zhì)子運(yùn)動(dòng)，“軸子”可能在黑洞周?chē)能壍郎媳粍?chuàng)建出來(lái)。
科學(xué)家發(fā)現(xiàn)假想中的“軸子”亞原子粒子具有的波長(zhǎng)很長(zhǎng)，甚至可達(dá)到幾公里，因此它們能穩(wěn)定在類(lèi)似原子的軌道上。關(guān)鍵的區(qū)別是，除了在波長(zhǎng)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(gè)輕子同時(shí)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(wú)數(shù)個(gè)玻色子可以在同一時(shí)間以相同的狀態(tài)出現(xiàn)，它們就像是一個(gè)大型玻色子聚會(huì)。科學(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(gè)想法提升到一個(gè)新的水平上，即在黑洞邊緣上體現(xiàn)。通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)應(yīng)該存在大量的“軸子”存在與黑洞周?chē)臅r(shí)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?chē)?/p>
雖然個(gè)別“軸子”攜帶的質(zhì)量接近于零，但如果存在趨于無(wú)窮的“軸子”或者有著較高的數(shù)量級(jí)，那么其質(zhì)量體現(xiàn)就非?？捎^(guān)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(duì)此，丹尼爾·格呂米耶認(rèn)為：“籠罩在黑洞周?chē)妮S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(lái)的某種作用力觸發(fā)，這團(tuán)玻色云就會(huì)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(shí)就會(huì)發(fā)生被科學(xué)家稱(chēng)為“凝聚體爆發(fā)”現(xiàn)象，并釋放出巨大的能量，使得時(shí)空結(jié)構(gòu)出現(xiàn)漣漪。這種漣漪則被稱(chēng)為引力波，或許我們可以在2016年之前觀(guān)察到該現(xiàn)象。