Oι μαύρες τρύπες ως ανιχνευτές σωματιδίων

Η ανακάλυψη νέων σωματιδίων συνήθως απαιτεί υψηλές ενέργειες και γι αυτόν τον λόγο κατασκευάζονται τεράστιοι επιταχυντές (βλέπε LHC), οι οποίοι μπορούν να επιταχύνουν σωματίδια σχεδόν μέχρι την ταχύτητα του φωτός.
Όμως, υπάρχουν κι άλλοι πρωτότυποι τρόποι ανακάλυψης νέων σωματιδίων:
Ερευνητές πανεπιστημίου της Βιέννης παρουσίασαν μια μέθοδο διαμέσου της οποίας θα μπορούσε να αποδειχθεί η ύπαρξη σωματιδίων που ονομάζονται αξιόνια. Αυτά τα σωματίδια θα μπορούσαν να συσσωρεύονται γύρω από μια μαύρη τρύπα και να «αντλούν» ενέργεια απ’ αυτήν. Επιπλέον, αυτή η διαδικασία εκπέμπει βαρυτικά κύματα, τα οποία θα μπορούσαν να ανιχνευθούν.

Καλλιτεχνική απεικόνιση μιας μαύρης τρύπας που περιβάλλεται από αξιόνια :)

Τα αξιόνια είναι υποθετικά σωματίδια με πολύ μικρή μάζα. Η μάζα συνδέεται άμεσα με την ενέργεια, σύμφωνα με την πιο διάσημη εξίσωση του Einstein, Ε=mc², και ως εκ τούτου απαιτείται πολύ μικρή ενέργεια για να παραχθούν αξιόνια. Σύμφωνα με τον Daniel Grumiller - ο οποίος μαζί με την Gabriela Mocanu υπολόγισαν πως μπορούν να ανιχνευθούν τα αξιόνια – η ύπαρξη των αξιονίων δεν έχει αποδειχθεί ακόμη, αλλά θεωρείται πολύ πιθανή.

Αστρονομικά μεγάλα σωματίδια

Στην κβαντική φυσική, κάθε σωματίδιο περιγράφεται και ως κύμα. Το μήκος κύματος συνδέεται με την ενέργεια του σωματιδίου

Ε=hc/λ= mc² οπότε λ=h/mc

Έτσι, σωματίδια με μεγάλη μάζα έχουν μικρά μήκη κύματος, αλλά μικρής ενέργειας σωματίδια όπως τα αξιόνια έχουν μεγάλα μήκη κύματος (αρκετών χιλιομέτρων). Τα αποτελέσματα των Grumiller και Mocanu, βασισμένα σε εργασίες της Ασημίνας Αρβανιτάκη (ΗΠΑ) και του Sergei Dubovsky (Ρωσία), δείχνουν ότι τα αξιόνια μπορούν να περιστρέφονται γύρω από μια μαύρη τρύπα, όπως τα ηλεκτρόνια περιστρέφεται γύρω από τον πυρήνα του ατόμου. Η διαφορά έγκειται στο γεγονός ότι αντί της ηλεκτρομαγνητικής δύναμης με την οποία αλληλεπιδρούν τα ηλεκτρόνια με τον πυρήνα, η δύναμη που αναγκάζει τα αξιόνια να περιστρέφονται γύρω από μια μαύρη τρύπα είναι η βαρυτική.

Το νέφος μποζονίων

Ωστόσο, υπάρχει ακόμη μια πολύ σημαντική διαφορά μεταξύ των ηλεκτρονίων σε ένα άτομο και των αξιονίων γύρω από μια μαύρη τρύπα:
Τα ηλεκτρόνια είναι φερμιόνια - που σημαίνει ότι δύο από αυτά δεν μπορούν ποτέ να υπάρξουν στην ίδια κατάσταση. Τα αξιόνια από την άλλη πλευρά είναι μποζόνια – οπότε πολλά από αυτά μπορούν να βρίσκονται στην ίδια κβαντική κατάσταση ταυτόχρονα. Έτσι, είναι δυνατή η δημιουργία ενός «νέφους μποζονίων» γύρω από τη μαύρη τρύπα. Αυτό το νέφος απορροφά συνεχώς ενέργεια από τη μαύρη τρύπα και ο αριθμός των αξιονίων αυξάνεται συνεχώς.

Ξαφνική Κατάρρευση

Ένα τέτοιο νέφος δεν είναι απαραίτητα σταθερό. Σύμφωνα με τον Daniel Grumiller, ακριβώς όπως ένας ασταθής σωρός άμμου μπορεί με την προσθήκη ακόμη ενός κόκκου να καταρρεύσει ξαφνικά, το ίδιο μπορεί να συμβεί και με το νέφος μποζονίων. Το εντυπωσιακό γεγονός σε μια τέτοια κατάρρευση είναι η δημιουργία ενός «bose-nova» (όπως λέμε super-nova, εδώ πρόκειται για nova που οφείλεται σε μποζόνια) που θα μπορούσε να ανιχνευθεί.
Το γεγονός αυτό θα προκαλέσει την δόνηση του χωροχρόνου και την δημιουργία βαρυτικών κυμάτων. Οι ανιχνευτές κυμάτων βαρύτητας θα μπορούσαν να τα εντοπίσουν και έτσι να μας αποκαλύψουν το νέο είδος σωματιδίων που ονομάζονται αξιόνια.
sciencedaily.com