黑洞或能披露未知极轻粒子

在实验上，超出标准模型的新物理往往关注较重粒子的搜寻。然而，一些理论也预言标准模型之外的极轻粒子，它们不会在对撞机实验或暗物质探测器中表现出来。阿姆斯特丹大学的Daniel Baumann 及其同事的计算表明，在双黑洞并合时发出的引力波信号或可披露黑洞周围极轻玻色子云的存在。如此看来，引力波能提供一种全新的途径来探测一般实验难以俘获的极轻粒子。

黑洞的自转能可用以激发其附近的辐射，即所谓的“超辐射”效应。这种辐射为玻色子，一些模型给出其静质量在10^-10—10^-20 eV范围内。在吸积黑洞发出辐射的背景中找寻这种超辐射几乎是不可能的。但是，若黑洞围绕另一黑洞发生并合，在满足某种引力共振条件时，玻色子云将迅速坍塌。当双黑洞的轨道频率与普朗克常数之积跟玻色子云的能级相当时，这种共振就会发生。玻色子云的行为类似于原子核外的电子云。黑洞并合时，玻色子云的迅速塌缩会影响引力波信号的谐波。

极轻玻色子可以是许多粒子理论所预言的轴子或轴子类的粒子，后者也可能是暗物质的一部分。到目前为止，LIGO 和Virgo 合作组探测引力波的敏感度还不够，不能检测极轻玻色子的这种微弱效应。然而，随着引力波探测器和用于波形分析的理论模型的改进，情况将有所改变。

(徐仁新 编译自Physics，February 4，2019)

本文选自《物理》2019年第4期