黑洞加速器-对于边缘粒子加速器效果好

科技 5个月前 星都目录
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黑洞成为大型粒子加速器的可行性?
10月1日发表在《物理评论D》杂志上发表的新研究发现,更真实的黑洞——包括巨大的旋转黑洞和带电黑洞——仍然可以有效地加速粒子。
但它不是普通的粒子枪。为了获得所需的高速反冲,进入的粒子必须以已经很高的速度冲进来,研究人员认为在视界附近会发生多次低速碰撞,从而产生期望的高能量输出。
要制造满足条件的电场,电子同步加速器轨道的半径至少是太阳半径的十倍。磁同步加速器可以小一些。至于什么材料可以用来制造加速器,拉基说,寻常材料无法承受这样强度的电场。事实上,他认为适合建造这样一个加速器的地方是黑洞附近。
要获取有关普朗克尺度物理学的有用信息,粒子的碰撞速度应该是大型强子对撞机(LHC)中速度的10^24倍。然而在这些极高速粒子中只有一半能发生碰撞。理论上,没有发生碰撞的粒子可以到达地球,但目前还不清楚它们能否逃离对撞机内强烈的电磁场。此外,像地球上的对撞机一样,外星科学家可能会试图在周围区域进行辐射屏蔽。分析表明,唯一可能到达地球的粒子是中微子。
这些中微子携带的能量比以往任何时候检测到的还要高十亿甚至更多倍。根据计算,它们大多数会在穿过地球海洋时以第二粒子簇射的形式沉积能量。由于很难在海洋中检测到簇射的光,拉基认为,可以利用水听器网络监听簇射发出的声音。但是,鉴于这些中微子极其罕见,需要放置约十万个水听器才有可能发现。
不幸的是,由于碰撞必须发生在视界附近,才能达到如此疯狂的能量,当它们逃离黑洞时,它们必须与几乎压倒一切的重力作斗争,在它们到达星际空间获得真正的自由之前,它们的速度减慢了。
值得庆幸的是,研究人员也为这个问题找到了解决方案,表明在旋转黑洞周围,高能碰撞可以发生,但不会离事件视界太近。
在天体物理的研究中,由于实验的成本太高,实现项目太过庞大,在这一领域,理论一直作为一个远处的灯塔,指引着科学家不断前行。当人类可以利用黑洞的能量之时,人类应该就进入二级文明了吧。
宇宙中的“粒子加速器”
类星体是1960年代的四大天文发现之一,它的尺度远小于星系,亮度却奇大无比。后来,科学家们发现类星体的中心通常是一个质量动辄达到数百倍太阳的超大质量黑洞,在吞噬周围物质的过程中形成高能喷流。

黑洞加速器-对于边缘粒子加速器效果好
而微类星体顾名思义,是微缩版本的类星体。以该研究中的SS 433为例,它由一个10到20倍太阳质量的恒星级黑洞,和一颗约30倍太阳质量的恒星构成。两者以13天为周期,互相旋转共舞,过程中恒星物质源源不断地被黑洞吸走。
微类星体SS 433和100光年外的气体云“锁”了 来源:DESY“物质掉进黑洞前会形成一个旋转的吸积盘,就像水在下水道口会形成漩涡。”李剑说道。“然而,其中一部分物质没有掉进下水道,反而高速喷出,在吸积盘的两面形成两股方向相反的喷流。”
这类微类星体犹如宇宙中的天然粒子加速器,高能粒子喷流在黑洞附近的强磁场下会产生从射电波段到伽玛射线的多波段辐射。

版权声明:星都目录 发表于 2021-12-25 14:44:43。
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