20.2.2019 08:30 | Veda

Sme na stope nových, exotických častíc. Pomôžu gravitačné vlny

Častice v okolí čiernych dier môžu zmeniť vlastnosti gravitačných vĺn.

Nové bozóny by dôsledkom nízkej hmotnosti takmer vôbec nereagovali s okolím.

Niektoré teórie predpovedajú veľmi ľahké častice, ktoré nemožno pozorovať v súčasných urýchľovačoch.

Podľa vedcov z Univerzity v Amsterdame sa takéto častice môžu nachádzať v okolí rotujúcich čiernych dier. Ich prítomnosť by sa prejavila malými zmenami v gravitačných vlnách.

Štúdiu priniesol preprintový archív arXiv.org.

Veľmi ľahké častice

Viacero teórií, ktoré presahujú Štandardný model časticovej fyziky, predpovedá existenciu ultraľahkých bozónov. Ich hmotnosti by boli neporovnateľne nižšie ako hmotnosti najľahších známych častíc.

Nové bozóny by dôsledkom nízkej hmotnosti takmer vôbec nereagovali s okolím. Preto by sa pomocou detektorov bežne používaných v urýchľovačoch nedali odhaliť.

Fyzici z Univerzity v Amsterdame zistili, že takéto častice by bolo možné detegovať pomocou gravitačných vĺn, ktoré vznikajú pri zlúčení dvoch čiernych dier.

Štandardný model je fyzikálna teória, ktorá opisuje väčšinu známych častíc a spôsob, akým držia pokope. Častice delí do dvoch hlavných skupín.


Prvú predstavujú fermióny. Tvoria všetku hmotu navôkol. Príkladom je elektrón.


Druhú skupinu tvoria bozóny, ktoré zabezpečujú silové pôsobenie medzi časticami. Ide napríklad o gluóny. Vďaka ním držia atómy pokope.

Odtlačok

Ultraľahké bozóny môžu okolo rotujúcich čiernych dier vytvárať veľké zhluky. Čierna diera nesúca takýto bozónový oblak sa niekedy nazýva aj gravitačný atóm.

Takéto usporiadanie svojou štruktúrou pripomína atóm, akurát v oveľa väčšej miere. Rovnako ako elektróny v atóme aj bozóny v oblaku okolo čiernej diery vytvárajú hladiny s diskrétnymi energiami.

V prípade atómu môžu elektróny medzi týmito vrstvami preskakovať, napríklad keď atóm ožiari laser s presne nastavenou energiou.

Podobný efekt môže vzniknúť aj u gravitačného atómu, ak je súčasťou dvojice čiernych dier – obiehajúcich navzájom okolo seba. V takom prípade bude gravitačná sila druhej čiernej diery zohrávať úlohu laseru a bozóny podnieti k prechodu medzi energetickými stavmi.

Znázornenie gravitačných vĺn pomocou vody. Predvádza fyzik Chad Hanna, ktorý bol pri všetkých doterajších pozorovaniach gravitačných vĺn.
Čítajte aj Štvrté pozorovanie gravitačných vĺn znovu potvrdilo Einsteina

Vedci už viackrát úspešne zaznamenali gravitačné vlny, ktoré vznikajú pri zrážke dvoch čiernych dier. Výskumníci z Univerzity v Amsterdame teraz spočítali, že prechod bozónov medzi energetickými hladinami v oblaku by spôsobil charakteristický „odtlačok prsta“ v gravitačných vlnách.

Pozorovanie tohto efektu by predstavovalo dôležitý test teórií, ktoré predpovedajú ultraľahké bozóny. Súčasné detektory ale zatiaľ nedokážu odhaliť nepatrné zmeny v gravitačných vlnách. Podľa vedcov sa zaznamenanie „odtlačkov“ určite stane dôležitým cieľom budúcich experimentov.

„Pozorovanie týchto účinkov vďaka presným údajom o gravitačných vlnách by obmedzilo vlastnosti teoretických ultraľahkých bozónov, ktoré predpovedajú teórie nad rámec štandardného modelu,“ uvádzajú vedci v štúdii.

Diskusia 2 Príspevkov