Исследователи из Института теоретической физики при Венском техническом университетепредложили использовать чёрные дыры (ЧД) для поиска аксионов, все попытки обнаружить которые при помощи экспериментальных ускорителей частиц пока не имели успеха.

Аксионы — псевдоскалярные частицы с длиной волны до многих километров, возникающие при взаимодействии фотонов высоких энергий и ядер атомов, — не зря назвали по марке стирального порошка: они призваны «отстирать» квантовую хромодинамику от проблемы сильного CP-нарушения. Вот только найти этот «стиральный порошок» никак не удаётся.

Чёрная дыра в окружении бозонного облака в представлении художника (иллюстрация Technische Universität Wien).

Аксионы из разных источников искали специалисты CERN, ADMX и PVLAS; в последнем случае даже было объявлено об их обнаружении... Но увы. То считалось, что аксионы излучает Солнце вследствие эффекта Примакова, то их объявляли важнейшим компонентом галактического гало тёмной материи— однако ни в Солнечной системе, ни на галактической окраине ничего обнаружить не удалось.

И тем не менее физики Даниэль Грумиллер (Daniel Grumiller) и Габриэла Мокану (Gabriela Mocanu) полагают, что найти их можно, просто для поиска этих неуловимых псевдоскалярных частиц нужно использовать более мощные ускорители. Как известно, ЧД, согласно процессу Пенроуза, разгоняет часть попадающей в её гравитационное поле материи до таких скоростей, что та отправляется с огромной скоростью в окружающее пространство. При этом вращение ЧД замедляется, вплоть до (в теории) нуля. Но что особенно важно, в силу концентрации бозонного облака в районе ЧД значительное количество бозонов и иных частиц будет подвергаться весьма серьёзному ускорению, превосходящему по своим параметрам те условия, которые удаётся создать в лучших ускорителях.

Но как зарегистрировать разогнанные чёрной дырой аксионы? Процесс разгона больших масс таких частиц должен генерировать гравитационные волны, которые затем можно будет измерить.

Аксионы являются бозонами. Иными словами, в отличие от фермионов, они могут находиться в одном и том же квантовом состоянии; вокруг ЧД могут образоваться целые «облака» таких бозонов. Однако со временем эти облака способны коллапсировать, образуя то, что учёные назвали «бозонной новой», — «вспышку» бозонов, активно разлетающихся в разные стороны. Если в облаке перед коллапсом благодаря процессу Пенроуза накопится достаточно энергии, коллапс вызовет сильнейшие искажения пространства-времени, гравитационные волны, которые можно будет зарегистрировать даже на Земле.

Согласно вычислениям исследователей, нужная чувствительность строящихся детекторов гравитационных волн будет достигнута к 2016 году, так что ждать начала использования ЧД в качестве ускорителей осталось не так уж и долго.