模擬顯示發光引力子的潛力

研究表明了一種探測引力粒子的新方法

Two merging black holes

兩個合併的黑洞(此處為模擬)產生強烈的引力事件。

極端時空模擬專案 (SXS) (WWW.BLACK-HOLES.ORG)

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足夠仔細地觀察,一切都開始呈現顆粒狀。樹木主要由夸克構成。陽光是光子群。電話依靠電子流執行。物理學家已經探測到物質、光和大多數力的粒子,但尚未有實驗揭示引力的顆粒狀一面。

許多物理學家認為,引力一定以粒子的形式存在,但這些無質量的“引力子”與我們熟悉的粒子相互作用太弱而無法探測到。為了證實引力子的存在,一些理論家建議在黑洞合併等強烈引力事件周圍聚集的大量引力子中尋找它們。《物理評論快報》三月份發表的一項最新分析暗示,此類劇烈的災難或許可以將引力子從陰影中帶出來。

哪裡有能量,哪裡就有引力。加州州立大學物理學家道格拉斯·辛格爾頓(Douglas Singleton,未參與這項新研究)表示,光子——無質量的光能量包——在極少數情況下,可以自發地轉化為引力粒子。反之亦然,他說:引力子也可以變成光子。新的分析考慮了一種機制,透過該機制,引力子可以釋放出比早期研究表明的次數多數十億倍的光子,從而更容易證實它們的存在。


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該研究的作者、加州大學聖巴巴拉分校的物理學家雷蒙德·索耶(Raymond Sawyer)說:“基於黑洞合併附近[引力子]強度的初步估計已經接近”產生可探測光線的數量。

索耶從先前的工作中瞭解到,其他無質量粒子可以在大量情況下突然改變狀態(一種稱為量子躍遷的現象),因此他諮詢了一個計算機模型,以檢視引力子是否可以遵循相同的模式。他的模擬表明它們確實如此:當引力子足夠密集地聚集時,最終它們中的一些會變成光粒子的爆發。“這就像一場風暴正在醞釀,跡象幾乎是看不見的,”索耶說。“在它發生之前你不會看到它。”

黑洞合併等事件應該創造必要的條件,以無線電波的形式發出波長為數公里的光子。這種訊號將極其微弱,但或許有可能從地球上接收到。索耶說,比之前觀察到的合併事件更劇烈一些的事件可能會做到這一點。科學家將不得不從干擾氣體中分辨出由此產生的無線電波的光芒。

然而,首先,理論家必須檢查模型是否成立。索耶希望未來的模擬將證明,在更真實的強烈引力事件模型中,光子爆發也會發生,在這些模型中,許多引力子以複雜的模式旋轉。辛格爾頓同意這個問題需要更多的計算能力:目前的分析是“粗略的簡化”,他說。“這個想法是讓人們足夠感興趣去做繁重的計算。”

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