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물리학 자들이 2 월에 중력파를 직접 감지했다고 발표했을 때 물리학의 기초는 거의 딸랑이가되지 않았습니다. 이 신호는 물리학 자들이 아인슈타인의 일반 상대성 이론에 묶는 한 세기 후에 도착한 기대와 정확히 일치했다. “질문이 있습니다. 기본 물리학을 할 수 있습니까? 표준 모델 이외의 일을 할 수 있습니까?” Stanford University의 이론 물리학자인 Savas Dimopoulos는 말했다. "그리고 대부분의 사람들은 그에 대한 대답이 아니오라고 생각합니다."
Asimina Arvanitaki는 그 사람들 중 하나가 아닙니다. 온타리오 주 이론 물리학 연구소의 이론 물리학자인 Arvanitaki는 2010 년부터 Dimopoulos, 대학원의 멘토와 함께 논문을 출판했을 때 자연의 기본 입자와 세력을 탐색하기 위해 블랙홀을 사용하는 방법을 꿈꾸고 있습니다. 함께 그들은 아직 발견되지 않은 약하게 상호 작용하는 입자의 판테온 인“String Axiverse”를 스케치했습니다. 이와 같은 축은 오랫동안 암흑 물질과 다른 미스터리를 설명하는 데 선호되는 후보였습니다.
중간에 Arvanitaki와 그녀의 동료들은 연속적인 논문을 통해 아이디어를 개발했습니다. 그러나 2 월의 발표는 전환점이되었으며,이 아이디어는 이러한 아이디어를 테스트 할 수있는 것처럼 보였습니다. 블랙홀을 합병하는 새로운 모집단에서 중력파를 연구하면 물리학 자들이 그 축을 찾기 위해 허용 할 수 있습니다. 왜냐하면 축은 아르 바니 타키가“블랙홀 원자”라고 묘사 한 것에서 블랙홀에 결합 될 것이기 때문입니다.
."그것이 일어 났을 때, 우리는‘오 세상에, 우리는 지금 할 것입니다. 우리는 이것을 찾을 것입니다."라고 그녀는 말했습니다. "실제로 데이터가 있다면 완전히 다른 볼 게임입니다."
아르바니타키의 요령 :그녀가 "잘 동기 부여 된"이론적 아이디어를 "잘 동기 부여"라고 부르는 것과 일치시킬 수있는 정확한 실험과 일치합니다. 그녀는“사람들이 생각하는 것에 익숙해지는 것을 멀리함으로써 인터페이스에있는 과일이 낮다는 것을 알 수 있습니다. 4 월 말, 그녀는 주변 연구소의 Stavros Niarchos Foundation의 Aristarchus 의장으로 지명되었습니다.
작은 그리스인 코 클라스 (Koklas)에서 자란 누군가를 위해 오는 것은 먼 길입니다. 여기서 고등학교 졸업반 (부모님 모두가 가르치는 두 부모가 가르치는 9 명의 학생들로 구성되었습니다. Quanta Magazine Arvanitaki와 함께 블랙홀을 입자 탐지기로 사용하려는 계획에 대해 이야기했습니다. 이러한 토론의 편집 및 응축 버전은 다음과 같습니다.
Quanta Magzine :블랙홀이 축을 찾기에 좋은 장소라고 생각하기 시작 했습니까?
ASIMINA ARVANITAKI :우리가 Axiverse Paper를 쓸 때 일반 상대성 이론에서 매우 좋은 물리학자인 Nemanja Kaloper는 우리에게 와서“이봐, 일반 상대성이라는이 효과가 초자연적이라는 효과가 있다는 것을 알고 있었습니까?”라고 말했습니다. 그리고 우리는“아니요, 이런 일이 일어나지 않을 것이라고 생각합니다. 이것은 현실적인 시스템에서는 일어날 수 없습니다. 당신은 틀렸어 야합니다.” 그리고 그는 결국 우리에게 이것이 가능할 수 있다고 확신했고, 우리는 1 년 동안 역학을 알아내는 것처럼 보냈습니다.
초자기 란 무엇이며 어떻게 작동합니까?
천체 물리적 블랙홀이 회전 할 수 있습니다. 그 주변에는 빛조차도 회전 해야하는“Ergo 지역”이라는 지역이 있습니다. 내가 물질을 가져다가 Ergo 지역을 통과하는 궤도에 던져 넣는다 고 상상해보십시오. 이제이 문제에 폭발물이 있다고 상상해보십시오. 그것의 일부는 블랙홀에 빠지고 부분은 무한대로 빠져 나옵니다. 나오는 조각은 블랙홀에 들어간 조각보다 더 많은 총 에너지를 가지고 있습니다.
블랙홀에서 방사선을 산란하여 동일한 실험을 수행 할 수 있습니다. 전자기파 펄스를 가져 와서 블랙홀에서 흩어지면 다시 돌아온 맥박에 더 높은 진폭이 있음을 알 수 있습니다.
.따라서 블랙홀의 스핀에서 약간의 에너지와 각 운동량이 필요한 방식으로 블랙홀 근처의 빛의 맥박을 보낼 수 있습니까?
.이것은 오래된 뉴스입니다. 그건 그렇고, 이것은 아주 오래된 뉴스입니다. 72 년에 Press와 Teukolsky는 자연을 썼습니다 다음과 같은 귀여운 것을 제안한 종이. 빛과 같은 실험을 수행했다고 상상해 봅시다. 그러나 이제 거대한 거울로 둘러싸인 블랙홀이 있다고 상상해보십시오. 이 경우에 일어날 일은 빛이 거울에 여러 번 튀어 오르고, 빛의 진폭이 기하 급수적으로 자랍니다. 그리고 방사선 압력으로 인해 거울은 결국 폭발합니다. 그들은 그것을 블랙홀 폭탄이라고 불렀습니다.
빛이 광자로 만들어지고 광자는 동일한 파도 기능으로 동시에 같은 공간에 앉을 수있는 입자라는 것입니다. 이제 질량이있는 또 다른 보손이 있다고 상상해보십시오. 블랙홀을 [궤도] 할 수 있습니다. 입자의 질량은 블랙홀 근처의 입자를 제한하기 때문에 거울처럼 작용합니다.
이런 식으로, 축이 블랙홀 주위에 붙어있을 수 있습니까?
이 과정에서는 입자의 크기가 블랙홀 크기와 비슷해야합니다. [Axion] 질량은 우주만큼 큰 양자 파장을 사용하여 허블 스케일에서 어디에나있을 수 있습니다.
따라서, 그들이 존재하면, 축은 비슷한 크기와 질량으로 블랙홀에 결합 할 수있다. 다음은 무엇입니까?
이 결합 된 궤도의 입자 수는 기하 급수적으로 성장하기 시작합니다. 동시에 블랙홀이 뒤집 힙니다. 결합 된 궤도의 파동 함수를 해결하면, 당신이 찾은 것은 수소 파 함수처럼 보인다는 것입니다. 원자에 결합하는 전자기 대신에 결합하는 것은 중력입니다. 설명 할 수있는 세 가지 양자 번호가 있습니다. 수소 원자에서 사용할 수있는 정확한 용어를 사용할 수 있습니다.
블랙홀 리고가 블랙홀 핵 주위에 도끼 구름을 가지고 있는지 확인하기 위해 어떻게 확인할 수 있습니까?
이것은 블랙홀에서 에너지와 각 운동량을 추출하는 과정입니다. 스핀 대 블랙홀의 질량을 측정하려면 블랙홀의 특정 질량 범위에서 신속하게 회전하는 블랙홀이 없음을 알 수 있습니다.
.이것은 고급 리고가 들어오는 곳입니다. 당신은 그들이 본 이벤트를 보았습니다. [그들의 측정] 병합 물체의 질량, 최종 물체의 질량, 최종 객체의 스핀을 측정하고 초기 객체의 스핀에 대한 정보를 가질 수있었습니다.
.그들이 합병하기 전에 블랙홀 스핀을 가져 가면, 그들은 Superradiance의 영향을받을 수있었습니다. 이제 블랙홀 스핀 대 질량의 그래프를 상상해보십시오. 우리가 듣는 것들이 정확하다면 매년 수천 개의 이벤트가있을 수 있습니다. 이제이 플롯에 수천 개의 데이터 포인트가 있습니다. 따라서이 입자의 영향을받는 영역을 이러한 측정만으로 추적 할 수 있습니다.
그것은 supercool입니다.
물론 간접적입니다. 따라서 또 다른 멋진 것은 입자 자체의 구름과 관련이있는 서명이 있다는 것입니다. 그리고 본질적으로 그들이하는 일은 블랙홀을 중력파 레이저로 바꾸는 것입니다.
굉장합니다. 좋아, 그게 무슨 뜻입니까?
예, 그 의미가 중요합니다. 흥분된 원자에 전자가 전이하는 것처럼 중력파 원자에서 입자를 전환 할 수 있습니다. 이러한 전이에서 중력파의 방출 속도는 당신이 가지고있는 10 개의 입자에 의해 향상됩니다. 매우 단색 선처럼 보일 것입니다. 일시적인 것처럼 보이지 않을 것입니다. 지금 매우 고정 된 주파수로 신호를 방출하는 무언가를 상상해보십시오.
Ligo는 어디에서 이와 같은 신호를 볼 수 있을까?
Advanced Ligo에서는 실제로 블랙홀의 탄생을 볼 수 있습니다. 블랙홀이 특정 질량과 특정 스핀으로 언제 어디서 태어 났는지 알고 있습니다. 따라서 원하는 입자 질량을 알고 있다면 블랙홀이 언제 [Axion] 구름을 키우기 시작하는시기를 예측할 수 있습니다. 그날 합병을 볼 수 있고 1 ~ 10 년이 지나면 같은 위치로 돌아가서이 레이저가 켜지는 것을보고,이 단색 라인이 클라우드에서 나오는 것을 봅니다.
.당신은 또한 맹목적인 검색을 할 수 있습니다. 당신은 우주를 스스로 로밍하는 블랙홀이 있고, 그들은 여전히 그 주위에 남은 구름을 가질 수 있기 때문에, 당신은 단색 중력파를 맹목적으로 검색 할 수 있습니다.
.축과 블랙홀이 결합하여 그러한 극적인 효과를 만들어 낼 수 있다는 사실에 놀랐습니까?
오 마이 갓 네. 무슨 얘기를 하는 건가요? 우리는 공황 발작이있었습니다. 당신은 우리 가이 효과가 사실이 될 수 없다고 말한 공황 발작이 얼마나 많은지 알고 있습니다. 이것이 사실 이기에는 너무 좋습니까? 그렇습니다. 놀랍습니다.
당신이 제안하는 실험은 탁상 센서가있는 고주파 중력파를 찾는 방법과 같은 많은 다른 이론적 아이디어에서 추출하거나 원자 시계를 사용하여 암흑 물질이 진동하는지 테스트하는 것과 같은 다양한 이론적 아이디어에서 추출합니다. 표준 모델을 넘어 물리학에 대한 위험한 베팅을 생각할 때 어떤 종류의 이론이 노력할 가치가있는 것처럼 보입니까?
동기 부여는 무엇입니까? "이걸 가지고 있다면 어떨까요?" 사람들은 다음과 같이 상상합니다.“어두운 물질 이이 일이라면 어떨까요? 암흑 물질이 다른 것이라면 어떨까요?” 예를 들어, 초대칭은 어떤 유형의 암흑 물질이 있어야하는지 예측합니다. 문자열 이론은 어떤 유형의 입자를 가져야하는지 예측합니다. 이 입자가있는 이유는 항상 근본적인 이유가 있습니다. 우리가 가진 끝없는 이론적 가능성만이 아닙니다.
및 Axions는 그 정의에 맞습니까?
이것은 중성자의 관찰 된 전기 쌍극자 모멘트의 작은 것을 설명하기 위해 30 년 전에 제안 된 입자입니다. 전 세계에는 이미 다른 파장에서 그것을 찾고있는 몇 가지 실험이 있습니다. 이 입자, 우리는 30 년 동안 그것을 찾고 있습니다. 이것은 암흑 물질 일 수 있습니다. 그 입자는 표준 모델의 뛰어난 문제를 해결하므로 찾기에 좋은 입자가됩니다.
이제 입자가 있는지 여부에 관계없이 자연에 대해 대답 할 수 없습니다. 자연은 대답해야 할 것입니다.
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