理論上不可能存在的高能中微子可能來自原初黑洞。
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也許我們已經“看到了”原初黑洞的爆炸。
University of Massachusetts Amherst
科學家曾于2023年探測到一種詭異的中微子,這種中微子所攜帶的能量之高, 是大型強子對撞機所能產生的最高能粒子的10萬倍——理論上它不可能由宇宙中的任何已知源頭產生。
近日,來自馬薩諸塞大學阿默斯特分校的一個物理學科研團隊在《物理學評論快報》上刊文稱,這種中微子可能是由一種所謂的“準極值原初黑洞(quasi-extremal primordial black hole)”爆炸湮滅產生的。
如果真是這樣,那么如果科學家能夠追蹤到產生這種中微子的源頭,順藤摸瓜就能解開一系列與宇宙本質有關的謎。
大部分黑洞其實是一種非常穩定的東西,盡管它們質量極大,行為方式極怪——但是有一種黑洞卻完全不是這樣。
1970年霍金指出,宇宙中存在一種所謂的“原初黑洞”。它們并非由恒星坍縮而成,而是宇宙大爆炸后不久原初環境的產物。
原初黑洞和普通黑洞一樣,擁有有極高的密度和幾乎一切都無法逃離的引力;但和普通黑洞相比,它們又小得不可思議。
所有黑洞都會產生“霍金輻射”,并在此過程中釋放粒子,損失質量,最終蒸發殆盡,爆炸湮滅。
理論上黑洞的質量越小,它的溫度就越高,蒸發產生的粒子也就越多。原初黑洞很小,所以它們能夠以很快的速度通過“霍金輻射”蒸發殆盡。
這個過程幾乎是一種失控的狀態。蒸發導致它們越來越輕,越來越輕導致越來越熱,越來越熱導致輻射越來越強,輻射越來越強又會導致它們以更快的速度損失質量——于是它們很快就會陷入萬劫不復的境地。
假如我們能夠觀測到原初黑洞的湮滅,那將在觀測到一系列已知粒子的同時,發現大量目前僅存在于理論上的假想粒子——比如暗物質粒子,并由此揭開許多目前全然未知的奧秘。此前有研究稱,。
2023年科學家在KM3NeT合作實驗中發現了這些不可能存在的中微子。但有一個問題,同樣是中微子天文臺,所謂的“冰立方(IceCube)”卻沒能探測到這次事件,甚至從未探測到能量值僅有其百分之一的信號。如果原初黑洞在宇宙中密集分布,且頻繁湮滅,那么我們為何無法經常探測到這種高能中微子?
馬薩諸塞大學阿默斯特分校的研究人員認為,揭開謎底的關鍵,在于一種帶有所謂“暗電荷(dark charge)”的“準極值(quasi-extremal)”原初黑洞。這種“暗電荷”包含了一種非常重的假想電子——“暗電子(dark electron)”。
研究人員稱這個“暗電荷”模型比普通原初黑洞模型更為復雜,但能夠更加精確地反映現實——最重要的是,它不但能夠解釋高能中微子,甚至還能揭開暗物質之謎。
參考
Explaining the PeV neutrino fluxes at KM3NeT and IceCube with quasiextremal primordial black holes
https://journals.aps.org/prl/accepted/10.1103/r793-p7ct
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