От Редакции АТ

Мы только что опубликовали две работы, посвященные регистрации и описанию микролептонов (аксионов): Л.И. Холодов, И.В. Горячев «О микролептонно-аксионной концепции Охатрина-Татура» и Г.Ф. Савельев «Поиск и обнаружение микролептонов», в которых рассказывается история обнаружения аксионов, свойства субстанции, состоящей из них, а так же некоторые их параметры. Первоначально (1988 г) считалось, что спектр масс микролептонов (аксионов): от 10^-47 до 10 ^-32 кг (от 10^-11 эВ до 10⁴ эВ, где 1 эВ = 1,8 10^-36 кг, электрону и протону соответствуют микролептоны m _е = 1,48 10^-39, m_р =2,79 10 ^-36 кг, или m _е = 0,82 10^-3 эВ, m_р =1,55 эВ), соответственно радиусы их связных кластеров — от 10 ⁶ до 10 ^-9 м, периоды — от 10^-8 до 10⁷ сек. Затем работами В.Ю. Татура было установлено, что существует несколько уровней вакуума, которым отвечают свои коэффициенты масштабной инвариантности и свои микролептоны (аксионы): k_c¹ = 1,65·10^-9 (коэффициент для первоначального спектра масс аксионов), k_c²= 4,1·10^-17 , k_c³ =2,4·10^-27 , k_c⁴=7,4·10^-36. Тем самым спектр масс был значительно расширен: от 10^-74 до 10^-32 кг (10^-38 эВ до 10⁴ эВ). В предлагаемой работе рассматриваются аксионы с самыми разными массами, равномерно распределенными во всем интервале от 10⁻³³ эВ до 10⁻⁶ эВ. Из фоторегистрации аксионных полей, представленных в нескольких работах на сайте, в частности А.Ф. Охатрин «Микрокластеры и сверхлегкие частицы», ДАН, 1989, т. 304, №4, с.866-868.; А.Ф. Охатрин, В.В. Касьянов, В.Ю. Татур «Пространственная структура оптических неоднородностей вокруг твердых тел», следовало, что аксионы в возбужденном состоянии (индуцированный слабый заряд) ведут себя как определенным образом структурированное целое. В предлагаемой работе такое поведение аксионов описывается как неделимое облако бозе-конденсата. Интересно, что в настоящее время в связи с новыми данными со спектрографа телескопа Hubble учёные пришли к заключению, что диаметр гало нашей галактики более 1 миллиона световых лет (9,46·10²¹ м), что в десять раз больше одного лишь диска Млечного Пути. А диаметр аксионного кластера, образованного протонными аксионами 4-ого уровня (k_c⁴=7,4·10^-36) равен 1,4·10²² м. В то же время радиус Солнечной системы 4,5·10¹²м (по афелию орбиты Нептуна) или 7,29·10¹²м (по афелию орбиты Плутона), а радиус протонного аксиона третьего уровня - 1,1·10¹³м. Таким образом, галактика Млечный Путь находится внутри протонного аксионного кластера 4-ого уровня, а Солнечная система - внутри протонного аксионного кластера 3-ого уровня. Масса протонного аксиона 3-его уровня - 4,0·10^-54 кг (2,2·10^-19 эВ), протонного аксиона 4-ого уровня - 1,2·10^-62 кг (0,67·10^-27 эВ). Именно такие сверхлегкие аксионы рассматриваются не только в предлагаемой работе, но и во множестве других. Поэтому для правильного описания макропроцессов осталось по-иному посмотреть на скорость передачи слабых взаимодействий и принять многоуровневый характер вакуума.

Необычные физические гипотезы, очень непохожие на то, что в настоящий момент считается в физике мейнстримом, всё же иногда подкупают своей новизной и мало-помалу находят приверженцев среди ученых. Про одну такую космологическую гипотезу есть повод сейчас рассказать.

Аксионное облако высасывает энергию и вращательный момент из черной дыры. Рисунок из статьи A. Arvanitaki, S. Dubovsky, 2011. Exploring the string axiverse with precision black hole physics

Думаете, перед вами — гипертрофированная научная фантастика? Ничего подобного! Знакомьтесь: это гипотеза аксивселенной (axiverse) — предположение о том, что на самом деле может происходить в нашей Вселенной в темном секторе, скрытом от наших глаз. Эта радикальная космологическая гипотеза о неделимых облаках — убийцах черных дыр была высказана еще несколько лет назад и на протяжении этого времени мало-помалу завоевывала признание. Сейчас это популярная среди многих космологов гипотеза, которую они прорабатывают с разных сторон: каждый месяц выходит по несколько статей, посвященных этой теме.

Отправной точкой для аксивселенной является — вы не поверите — теория суперструн. В ней могут существовать гипотетические сверхлегкие частицы — аксионы. Вообще, аксионы хорошо известны не только ученым, но и читателям «Элементов»: мы неоднократно писали про поиски сверхлегких частиц темной материи. А после недавнего нашумевшего документального фильма «В ожидании волн и частиц», в котором они играли важную роль, об аксионах знает вся страна. Но только в отличие от обычных, скромных конструкций с аксионами теория суперструн предсказывает не один и не два типа аксионов, а сразу несколько сотен. Да-да, наша Вселенная может быть заполнена аксионами с самыми разными массами, равномерно распределенными во всем интервале от 10⁻³³ эВ до 10⁻⁶ эВ. Каждый аксион — это огромная частица, причем чем меньше масса, тем больше ее размер. Неделимое облако, с которого начинался рассказ, — это аксионный бозе-конденсат, квантовый коллектив огромного множества аксионов, которым может обрастать черная дыра сопоставимого размера.

А вырастает он потому, что в черных дырах есть запасенная энергия и вращательный момент, которые оттуда можно извлечь с помощью процесса под названием сверхизлучение Зельдовича. Черная дыра способна на многое, она разрывает на части и атомы, и звезды, и планеты. Но не сможет ничего сделать с этим облаком, потому что оно неделимо. Зато облако может проникнуть во вращающуюся зону черной дыры, отобрать у нее вращение и энергию и от этого окрепнуть, стать более плотным. В конце концов аксионное облако высасывает из черной дыры вращение и энергию и излучает их во все стороны в виде гравитационных волн и отдельных аксионов. И между прочим, эти гравитационные волны в принципе доступны для изучения на современных и будущих детекторах. Так что может оказаться, что когда-нибудь, в очень далеком будущем, наши потомки, поймав и обуздав такое облако, набросят его на пролетающую мимо черную дыру и будут извлекать из нее энергию для очередного рейса межзвездных путешествий, доказывая тем самым, что даже теория суперструн может быть на что-нибудь полезна!

Источник: Asimina Arvanitaki et al. String axiverse // Phys. Rev. D. 81. 123530. Published 28 June 2010. А также последующие статьи.

Элементы