理論上不可能存在的高能中微子可能來(lái)自原初黑洞。

也許我們已經(jīng)“看到了”原初黑洞的爆炸。

University of Massachusetts Amherst

科學(xué)家曾于2023年探測(cè)到一種詭異的中微子，這種中微子所攜帶的能量之高， 是大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)所能產(chǎn)生的最高能粒子的10萬(wàn)倍——理論上它不可能由宇宙中的任何已知源頭產(chǎn)生。

近日，來(lái)自馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校的一個(gè)物理學(xué)科研團(tuán)隊(duì)在《物理學(xué)評(píng)論快報(bào)》上刊文稱(chēng)，這種中微子可能是由一種所謂的“準(zhǔn)極值原初黑洞（quasi-extremal primordial black hole）”爆炸湮滅產(chǎn)生的。

如果真是這樣，那么如果科學(xué)家能夠追蹤到產(chǎn)生這種中微子的源頭，順藤摸瓜就能解開(kāi)一系列與宇宙本質(zhì)有關(guān)的謎。

大部分黑洞其實(shí)是一種非常穩(wěn)定的東西，盡管它們質(zhì)量極大，行為方式極怪——但是有一種黑洞卻完全不是這樣。

1970年霍金指出，宇宙中存在一種所謂的“原初黑洞”。它們并非由恒星坍縮而成，而是宇宙大爆炸后不久原初環(huán)境的產(chǎn)物。

原初黑洞和普通黑洞一樣，擁有有極高的密度和幾乎一切都無(wú)法逃離的引力；但和普通黑洞相比，它們又小得不可思議。

所有黑洞都會(huì)產(chǎn)生“霍金輻射”，并在此過(guò)程中釋放粒子，損失質(zhì)量，最終蒸發(fā)殆盡，爆炸湮滅。

理論上黑洞的質(zhì)量越小，它的溫度就越高，蒸發(fā)產(chǎn)生的粒子也就越多。原初黑洞很小，所以它們能夠以很快的速度通過(guò)“霍金輻射”蒸發(fā)殆盡。

這個(gè)過(guò)程幾乎是一種失控的狀態(tài)。蒸發(fā)導(dǎo)致它們?cè)絹?lái)越輕，越來(lái)越輕導(dǎo)致越來(lái)越熱，越來(lái)越熱導(dǎo)致輻射越來(lái)越強(qiáng)，輻射越來(lái)越強(qiáng)又會(huì)導(dǎo)致它們以更快的速度損失質(zhì)量——于是它們很快就會(huì)陷入萬(wàn)劫不復(fù)的境地。

假如我們能夠觀(guān)測(cè)到原初黑洞的湮滅，那將在觀(guān)測(cè)到一系列已知粒子的同時(shí)，發(fā)現(xiàn)大量目前僅存在于理論上的假想粒子——比如暗物質(zhì)粒子，并由此揭開(kāi)許多目前全然未知的奧秘。此前有研究稱(chēng)，。

2023年科學(xué)家在KM3NeT合作實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了這些不可能存在的中微子。但有一個(gè)問(wèn)題，同樣是中微子天文臺(tái)，所謂的“冰立方（IceCube）”卻沒(méi)能探測(cè)到這次事件，甚至從未探測(cè)到能量值僅有其百分之一的信號(hào)。如果原初黑洞在宇宙中密集分布，且頻繁湮滅，那么我們?yōu)楹螣o(wú)法經(jīng)常探測(cè)到這種高能中微子？

馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校的研究人員認(rèn)為，揭開(kāi)謎底的關(guān)鍵，在于一種帶有所謂“暗電荷（dark charge）”的“準(zhǔn)極值（quasi-extremal）”原初黑洞。這種“暗電荷”包含了一種非常重的假想電子——“暗電子（dark electron）”。

研究人員稱(chēng)這個(gè)“暗電荷”模型比普通原初黑洞模型更為復(fù)雜，但能夠更加精確地反映現(xiàn)實(shí)——最重要的是，它不但能夠解釋高能中微子，甚至還能揭開(kāi)暗物質(zhì)之謎。

參考

Explaining the PeV neutrino fluxes at KM3NeT and IceCube with quasiextremal primordial black holes

https://journals.aps.org/prl/accepted/10.1103/r793-p7ct