模拟显示发光引力子的潜力

研究表明了一种探测引力粒子的新方法

Two merging black holes

两个合并的黑洞(此处为模拟)产生强烈的引力事件。

极端时空模拟项目 (SXS) (WWW.BLACK-HOLES.ORG)

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足够仔细地观察,一切都开始呈现颗粒状。树木主要由夸克构成。阳光是光子群。电话依靠电子流运行。物理学家已经探测到物质、光和大多数力的粒子,但尚未有实验揭示引力的颗粒状一面。

许多物理学家认为,引力一定以粒子的形式存在,但这些无质量的“引力子”与我们熟悉的粒子相互作用太弱而无法探测到。为了证实引力子的存在,一些理论家建议在黑洞合并等强烈引力事件周围聚集的大量引力子中寻找它们。《物理评论快报》三月份发表的一项最新分析暗示,此类剧烈的灾难或许可以将引力子从阴影中带出来。

哪里有能量,哪里就有引力。加州州立大学物理学家道格拉斯·辛格尔顿(Douglas Singleton,未参与这项新研究)表示,光子——无质量的光能量包——在极少数情况下,可以自发地转化为引力粒子。反之亦然,他说:引力子也可以变成光子。新的分析考虑了一种机制,通过该机制,引力子可以释放出比早期研究表明的次数多数十亿倍的光子,从而更容易证实它们的存在。


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该研究的作者、加州大学圣巴巴拉分校的物理学家雷蒙德·索耶(Raymond Sawyer)说:“基于黑洞合并附近[引力子]强度的初步估计已经接近”产生可探测光线的数量。

索耶从先前的工作中了解到,其他无质量粒子可以在大量情况下突然改变状态(一种称为量子跃迁的现象),因此他咨询了一个计算机模型,以查看引力子是否可以遵循相同的模式。他的模拟表明它们确实如此:当引力子足够密集地聚集时,最终它们中的一些会变成光粒子的爆发。“这就像一场风暴正在酝酿,迹象几乎是看不见的,”索耶说。“在它发生之前你不会看到它。”

黑洞合并等事件应该创造必要的条件,以无线电波的形式发出波长为数公里的光子。这种信号将极其微弱,但或许有可能从地球上接收到。索耶说,比之前观察到的合并事件更剧烈一些的事件可能会做到这一点。科学家将不得不从干扰气体中分辨出由此产生的无线电波的光芒。

然而,首先,理论家必须检查模型是否成立。索耶希望未来的模拟将证明,在更真实的强烈引力事件模型中,光子爆发也会发生,在这些模型中,许多引力子以复杂的模式旋转。辛格尔顿同意这个问题需要更多的计算能力:目前的分析是“粗略的简化”,他说。“这个想法是让人们足够感兴趣去做繁重的计算。”

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