在一项最新研究中，物理学家提出，仔细监测合并的黑洞对可能会导致对新粒子的发现。阿姆斯特丹和哥本哈根的研究人员在本周发表在《物理评论快报》上的研究中认为，详细观察黑洞合并可能揭示有关潜在新粒子的见解。这项研究整合了阿姆斯特丹大学（UvA）科学家在过去六年中的多项新发现。
当两个黑洞合并时产生的引力波发出关于它们轨道结构和运动的重要信息。阿姆斯特丹大学的物理学家乔瓦尼·玛丽亚·托马塞利和詹弗朗哥·贝尔托内，以及前阿姆斯特丹大学硕士生托马斯·斯比克斯玛（目前在哥本哈根的尼尔斯·玻尔研究所工作）进行的一项最新研究提议，彻底分析这些波可能揭示自然界中未发现粒子的存在。
超辐射
检测新粒子的能力依赖于一种现象，称为黑洞超辐射。如果黑洞旋转得足够快，它可以将其一部分质量释放到其周围的’粒子云’中。这个黑洞及其粒子云被比作’引力原子’，类似于围绕质子的电子云。由于超辐射在粒子显著轻于当前已知的粒子时尤其有效，这为调查超轻玻色子的存在提供了独特的机会——这种新粒子可能有助于解决天体物理学、宇宙学和粒子物理学中的若干谜团。
在过去六年中，阿姆斯特丹大学的研究人员研究了在超轻玻色子云的存在下，双黑洞如何演化，并发表了有影响力的发现。他们识别出的一种显著现象是共振跃迁，其中粒子云可以在状态之间’跳跃’，就像电子在传统原子中发生轨道之间的变化一样。另一个发现也是类似于原子的行为，即电离，其中部分云被排出。这两种现象在发出的引力波中产生独特的信号，但其细节依赖于粒子云尚未知的配置。为了澄清这些不确定性，这项新研究汇编了所有先前的结果，并追踪了系统从双黑洞形成到最终合并的过程。
两种可能性
关键发现推动了我们对这些双引力系统的了解。研究人员在这类系统的演化中发现了两个有趣的潜在结果。如果黑洞和云最初在相反的方向旋转，则云维持在超辐射建立的状态中，并可以通过电离检测，这会在引力波上留下一个明显的标记。相反，在所有其他情况下，共振跃迁完全消灭了云，导致双黑洞的轨道具有特定的偏心率和倾斜度，这可以在引力波信号中被检测到。
因此，这项新研究提供了一种创新的搜索新粒子的策略——要么通过识别引力波形式中的电离特征，要么通过观察具有预期偏心率和倾斜值的系统的不寻常丰度。即将进行的详细引力波观测将为新超轻粒子的存在提供引人入胜的见解。
