В сигнале гравитационных волн от слияния черных дыр ученые видят следы гипотетических самых лёгких частиц.
Некоторые теории, выходящие за рамки Стандартной модели физики элементарных частиц, предсказывают наличие новых, сверхлегких частиц, масса которых значительно меньше массы самых легких известных частиц. Из-за крайне слабой взаимодействия этих частиц с обычным веществом их регистрация на обычных ускорителях частиц и датчиках темной материи затруднительна. Однако физики Дэниел Бауманн и Хорнг Шэн Чиа из Амстердамского университета, а также Рафаэль Порто из DESY в Гамбурге продемонстрировали возможность регистрации таких частиц в сигналах гравитационных волн от слияния черных дыр. опубликована в журнале Physical Review D.
Природа включает два типа частиц: фермионы, из которых образовано всё вещество, и бозоны, передающие взаимодействия. Сверхлёгкие бозоны способны образовывать обширные конденсаты. быстровращающихсяВ процессе сверхизлучения возникают черные дыры с бозонным облаком. Такую черную дыру иногда называют «гравитационным атомом», поскольку ее конфигурация напоминает протон-электронную структуру атома водорода, пусть и на большем масштабе. Как и электрон в атоме водорода, бозонное облако вокруг черной дыры может находиться в нескольких состояниях с разными энергиями.
В случае с атомом водорода переходы между энергетическими уровнями можно вызвать, направив лазер на атом. При определенной энергии лазера электрон способен перемещаться с одного состояния в другое. являетсяОдна черная дыра, входящая в пару сливающихся объектов, подействует как «лазер», вынуждая бозонное облако переходить между энергетическими уровнями под воздействием гравитации второй черной дыры.
В последнее время физики получили возможность измерить гравитационные волны — искажения гравитационного поля, возникающие при слиянии пары черных дыр. Бауманн, Чиа и Порто установили, что переходы между энергетическими уровнями в гипотетическом бозонном облаке должны оказать влияние на сигналы гравитационных волн. производимыхОбнаружение отпечатков таких сливающихся черных дыр было бы важным испытанием для теорий, предсказывающих сверхлегкие бозонные частицы. Современные гравитационно-волновые наблюдения пока недостаточно чувствительны для такого эффекта, но это непременно станет одной из важных целей будущих экспериментов.