คลื่นความโน้มถ่วง

โดยทั่วไปคิดว่าหลุมดำจะกลืนกินสสารและพลังงานทุกรูปแบบที่อยู่รอบๆ พวกมัน อย่างไรก็ตาม เป็นที่ทราบกันมานานแล้วว่าพวกเขาสามารถกำจัดมวลบางส่วนของพวกเขาผ่านกระบวนการที่เรียกว่าsuperradiance แม้ว่าปรากฏการณ์นี้จะเกิดขึ้น แต่จะมีประสิทธิภาพก็ต่อเมื่อมีอนุภาคใหม่ที่ไม่มีใครสังเกตซึ่งมีมวลต่ำมากอยู่ในธรรมชาติ ตามที่คาดการณ์ไว้โดยทฤษฎีต่างๆ นอกเหนือจากแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์ของอนุภาค อะตอมแรงโน้มถ่วงไอออไนซ์ เมื่อมวลถูกดึงออกจากหลุมดำด้วยรังสีเหนือแสง มันจะก่อตัวเป็นเมฆขนาดใหญ่รอบๆ หลุมดำ ทำให้เกิดสิ่งที่เรียกว่าอะตอมจากความโน้มถ่วง แม้ว่าอะตอมของแรงโน้มถ่วงจะมีขนาดใหญ่กว่ามาก แต่การเปรียบเทียบกับอะตอมในระดับจุลภาคก็มีความแม่นยำเนื่องจากความคล้ายคลึงกันของหลุมดำบวกกับเมฆที่มีโครงสร้างที่คุ้นเคยของอะตอมทั่วไป โดยที่เมฆของอิเล็กตรอนล้อมรอบแกนกลางของโปรตอนและนิวตรอน ในสิ่งพิมพ์ที่ปรากฏใน Physical Review Letters ในสัปดาห์นี้ ทีมงานประกอบด้วยนักฟิสิกส์ UvA Daniel Baumann, Gianfranco Bertone และ Giovanni Maria Tomaselli และ John Stout นักฟิสิกส์แห่งมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด เสนอว่า การเปรียบเทียบระหว่างอะตอมธรรมดากับอะตอมจากแรงโน้มถ่วงนั้นลงลึกกว่าเพียงแค่ ความคล้ายคลึงกันในโครงสร้าง พวกเขาอ้างว่าในความเป็นจริงแล้วความคล้ายคลึงนี้สามารถนำไปใช้ประโยชน์ในการค้นพบอนุภาคใหม่ด้วยอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ คลื่นความโน้มถ่วง ที่กำลังจะมีขึ้น ในงานวิจัยชิ้นใหม่นี้ นักวิจัยได้ศึกษาความโน้มถ่วงที่เทียบเท่ากับที่เรียกว่า 'โฟโตอิเล็กทริกเอฟเฟกต์' ในกระบวนการที่รู้จักกันดีนี้ เช่น ใช้ในเซลล์แสงอาทิตย์เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า อิเล็กตรอนธรรมดาจะดูดซับพลังงานของอนุภาคของแสงที่ตกกระทบ และด้วยเหตุนี้จึงถูกขับออกจากวัสดุ ซึ่งก็คืออะตอม 'ไอออไนซ์' ในระบบแรงโน้มถ่วงแบบอะนาล็อก เมื่ออะตอมของความโน้มถ่วงเป็นส่วนหนึ่งของระบบเลขฐานสองของวัตถุหนัก 2 ชิ้นอะตอมมวลมากจะรบกวนการมีอยู่ของมัน ซึ่งอาจเป็นหลุมดำแห่งที่สองหรือดาวนิวตรอน เช่นเดียวกับที่อิเล็กตรอนในโฟโตอิเล็กทริกเอฟเฟ็กต์ดูดซับพลังงานของแสงที่ตกกระทบ เมฆของอนุภาคที่เบามากสามารถดูดซับพลังงานในวงโคจรของอนุภาคคู่นั้น เพื่อให้เมฆบางส่วนถูกขับออกจากอะตอมของความโน้มถ่วง ค้นหาอนุภาคใหม่ ทีมงานได้แสดงให้เห็นว่ากระบวนการนี้อาจเปลี่ยนแปลงวิวัฒนาการของระบบเลขฐานสองดังกล่าวได้อย่างมาก ซึ่งช่วยลดเวลาที่ใช้ในการรวมส่วนประกอบเข้าด้วยกันได้อย่างมาก ยิ่งไปกว่านั้น การแตกตัวเป็นไอออนของอะตอมของความโน้มถ่วงจะเพิ่มขึ้นที่ระยะห่างระหว่างหลุมดำคู่ที่เจาะจงมาก ซึ่งนำไปสู่ลักษณะที่คมชัดในคลื่นความโน้มถ่วงที่เราตรวจพบจากการควบรวมดังกล่าว อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์คลื่นความโน้มถ่วงในอนาคต ซึ่งเป็นเครื่องที่คล้ายกับเครื่องตรวจจับ LIGO และ Virgo ซึ่งในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาได้แสดงให้เราเห็นถึงคลื่นความโน้มถ่วงแรกจากหลุมดำ สามารถสังเกตผลกระทบเหล่านี้ได้ การค้นหาคุณลักษณะที่คาดการณ์ไว้จากอะตอมของความโน้มถ่วงจะเป็นหลักฐานที่ชัดเจนสำหรับการมีอยู่ของอนุภาคเบาพิเศษชนิดใหม่