黑洞或能充当天然粒子对撞机
约翰霍普金斯大学新研究揭示，黑洞或能充当天然粒子对撞机，加速暗物质发现，省钱高效。
超大质量黑洞，有望天然模拟出人造粒子对撞机所能达到的天文数字般的能量，甚至有望揭示暗物质的奥秘。这无疑为探索宇宙深处提供了一条宇宙级的捷径，那些原本可能耗费数十年、投入数百亿美元的重大发现，或许能因此加速实现。
一项来自约翰霍普金斯大学对超大质量黑洞的最新研究指出，在联邦科研经费持续紧缩，数十年的研究面临挑战之际，科学家们或许可以将目光投向黑洞，寻找替代那些造价高昂的科研设施，且成本更低、更为自然的探索方式。这些设施正是我们追寻暗物质以及其他难以捉摸的粒子，以解开宇宙最深层奥秘的关键所在。
这些新发现，有望为像欧洲的大强子对撞机这类科研综合体提供有力补充。要知道，建造这些研究设施动辄耗资数百亿美元、历经数十年才能完成，而大强子对撞机正是目前全球规模最大、能量最高的粒子加速器。
"对于粒子对撞机，例如大强子对撞机，我们最大的期盼之一便是它能生成暗物质粒子。然而，迄今为止，我们仍未发现任何确凿证据。" Joseph Silk，同时是约翰霍普金斯大学和英国牛津大学的天体物理学教授，他对此表示。"正因如此，关于建造一台功能更强大、代表下一代技术的超级对撞机的讨论正在如火如荼地进行。然而，当我们为建造这台超级对撞机投入300亿美元巨资，并耐心等待40年才能看到它落成时——大自然或许早已在超大质量黑洞中，提前向我们展示了未来的奥秘。"
该研究已于6月3日发表在《Physical Review Letters》杂志上。
粒子对撞机以接近光速的惊人速度，将质子及其他亚原子粒子相互撞击，从而揭示物质最本质的构成。撞击瞬间产生的微弱能量闪光和碎片，可能揭示出我们从未发现的粒子，其中便包括了暗物质的潜在候选者。暗物质是宇宙中一种至关重要却又如幽灵般难以捉摸的组成部分，科学家至今仍未能直接探测到它。值得一提的是，像大强子对撞机这样，全长17英里(约27公里)的圆形隧道式设施，不仅在基础物理研究上硕果累累，也极大地推动了互联网、癌症治疗以及高性能计算等领域的变革。
黑洞，如同行星般围绕自身轴线旋转，但其强大的引力场赋予它远超行星的旋转强度。科学家们正逐渐发现，一些位于星系中心、高速旋转的巨型黑洞会释放出巨大的等离子体爆发。这些爆发很可能源于黑洞自旋及其周围吸积盘能量驱动下的强大喷流。这项最新研究指出，正是这些宇宙事件，有望产生与人造超级对撞机相同的实验效果。
"如果超大质量黑洞能够通过高能质子碰撞来生成这些粒子，那么地球上的我们，或许就能接收到某种携带着极高能量的粒子，它们会迅速穿过我们的探测器，留下独特的信号。" Joseph Silk，同时也是巴黎的天体物理研究所和牛津大学的研究员，进一步解释道，"这将是宇宙中最神秘天体内部存在一种新型粒子对撞机的确凿证据，其能量水平甚至远超任何地球上的加速器所能企及。届时，我们将会观测到带有奇特‘签名’的粒子。尽管这听起来更像是一个大胆的推测，但它完全有可能为暗物质的存在提供实实在在的证据。"
这项新研究具体揭示，当气体流坠入黑洞附近时，它们会从黑洞的自旋中汲取能量，变得比科学家们此前设想的更加剧烈和狂暴。在高速旋转的黑洞附近，这些粒子将以一种无序的方式相互猛烈碰撞。尽管这种自然过程与科学家们在实验室中，利用强磁场在环形隧道内加速粒子以实现碰撞的方式并非完全一致，但其原理却有着惊人的相似之处。
"这些碰撞中产生的粒子，一部分会永远坠入黑洞的深渊，从此杳无音讯。然而，凭借其所蕴含的巨大能量和动量，另一部分粒子则能从黑洞的边缘逃逸而出，并被加速到前所未有的超高能级。" Joseph Silk指出，"我们已经测算过，这些粒子束的能量究竟能有多高：它们至少可以与现有或未来超级对撞机所产生的能量相媲美，甚至更高。虽然目前很难断言其能量上限究竟何在，但可以肯定的是，这些粒子束的能量足以匹敌我们计划建造的最新一代超级对撞机。因此，它们无疑能为我们的研究提供极具价值的互补性成果。"
Joseph Silk表示，为了探测这些极其罕见的高能粒子，科学家们可以利用现有的大型天文台。这些天文台目前已在持续追踪超新星爆发、超大质量黑洞喷发以及其他各类剧烈的宇宙事件。其中，就包括位于南极的冰立方中微子天文台，以及最近在地中海海底探测到有史以来最高能中微子的千米立方中微子望远镜等先进设备。
Joseph Silk坦言，超级对撞机与黑洞之间的主要区别在于，黑洞与我们相隔遥远的距离。"然而，尽管路途遥远，这些珍贵的粒子终将抵达地球，为我们带来宇宙深处的讯息。"
牛津大学的理论物理学家Dr. Andrew Mummery也是这项研究的作者之一。
