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外星文明可能在黑洞附近制造粒子加速器

时间:2018-06-29 07:56来源:中国国家天文
宇宙 对撞机:是否存在能够操纵黑洞的外星文明? 会不会存在一个先进的外星文明,他们制造了一个由黑洞驱动的粒子加速器来研究“普朗克尺度”的能量?如果

外星文明可能在黑洞附近制造粒子加速器

  宇宙 对撞机:是否存在能够操纵黑洞的外星文明?

  会不会存在一个先进的外星文明,他们制造了一个由黑洞驱动的粒子加速器来研究“普朗克尺度”的能量?如果真的有这样一个对撞机藏在宇宙的某个角落,我们能在地球上探测到它吗?

  普林斯顿大学高等研究院的布莱恩•拉基对此作了计算。结果表明,如果真的存在这样的加速器,我们可以检测到它产生的携带有尧塔电子伏特(YeV=1024eV)量级能量的中微子。

  一个先进的外星文明和人类一样对物理产生了浓厚的兴趣,并建造粒子加速器来达到越来越高的能量,这个假设听起来十分合理。这种能量升级可能是粒子物理学“噩梦”的结果。“噩梦”指的是在标准模型的TeV能量和1028(10 XeV)普朗克能量之间依然没有新的物理学进展。“粒子物理学的噩梦也是天文学家寻找外星文明的美梦。”拉基说。

  外星物理学家面临的一个重要的问题是,要达到普朗克尺度所需要极大的电磁能量密度,粒子加速器可能会被自己制造出的黑洞撕碎。然而拉基指出,一个聪明的设计师可以解决这个问题,“达到普朗克能量在技术上是允许的,只是极其困难”。

  要制造满足条件的电场,电子同步加速器轨道的半径至少是太阳半径的十倍。磁同步加速器可以小一些。至于什么材料可以用来制造加速器,拉基说,寻常材料无法承受这样强度的电场。事实上,他认为适合建造这样一个加速器的地方是黑洞附近。

  要获取有关普朗克尺度物理学的有用信息,粒子的碰撞速度应该是大型强子对撞机(LHC)中速度的1024倍。然而在这些极高速粒子中只有一半能发生碰撞。理论上,没有发生碰撞的粒子可以到达地球,但目前还不清楚它们能否逃离对撞机内强烈的电磁场。此外,像地球上的对撞机一样,外星科学家可能会试图在周围区域进行辐射屏蔽。分析表明,唯一可能到达地球的粒子是中微子。

  这些中微子携带的能量比以往任何时候检测到的还要高十亿甚至更多倍。根据计算,它们大多数会在穿过地球海洋时以第二粒子簇射的形式沉积能量。由于很难在海洋中检测到簇射的光,拉基认为,可以利用水听器网络监听簇射发出的声音。但是,鉴于这些中微子极其罕见,需要放置约十万个水听器才有可能发现。

  另一种不那么灵敏的方法是使用月球作为中微子探测器。事实上,NuMoon实验目前正在使用一台地面射电望远镜,试图探测1020eV中微子撞击月球表面时所产生的簇射。

  虽然对YeV中微子的探测并不能证实外星加速器的存在——一些理论认为,它们可以通过宇宙弦的衰变产生——然而拉基认为,寻找这些高能粒子将是物理学的重大突破。

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