[論文レビュー] Black Holes and Gravitational Properties of Antimatter

Dragan Slavkov Hajdukovic|arXiv (Cornell University)|Dec 13, 2006

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 7被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、反物質が物質から反重力（重力反発）を経験する可能性を提案しており、その結果、真空中のニュートリノ・反ニュートリノ対生成がホライズン内でする非特異的ブラックホール崩壊が生じる。反重力が存在する場合、天の川銀河およびアンドロメダ銀河の超大質量ブラックホールが、次世代のニュートリノ望遠鏡で測定可能な反ニュートリノフラックスを放出する可能性がある。

ABSTRACT

The gravitational properties of antimatter are still a secret of nature. One outstanding possibility is that there is a gravitational repulsion between matter and antimatter (in short we call it antigravity). We argue that in the case of antigravity the collapse of a black hole doesn't end with singularity and that deep inside the horizon, the gravitational field may be sufficiently strong to create (from the vacuum) neutrino-antineutrino pairs of all flavours. The created antineutrinos (neutrinos) should be violently ejected outside the horizon of a black hole composed from matter (antimatter). Our rudimentary calculations suggest that both, the supermassive black hole in the centre of our Galaxy and in the centre of the Andromeda Galaxy may produce a flux of antineutrinos measurable with the new generation of one cubic kilometre neutrino telescopes. In addition, we suggest two signatures of antigravity in the case of microscopic black holes which may be eventually produced at CERN: the decay products should exhibit a strong matter-antimatter asymmetry and the Hawking radiation should not be the main mechanism for decay.

研究の動機と目的

• 反物質の重力的挙動を調査し、特に物質と反物質の間で重力反発（反重力）が生じる可能性を検討すること。
• 反重力がブラックホールの内部構造と進化に与える影響を調査し、特に時空特異点の形成を回避することを目的とする。
• 反重力仮説のもとで、真空中の対生成によって生じる反ニュートリノフラックスが、超大質量ブラックホールから検出可能かどうかを評価すること。
• CERNで生成されるマイクロスコピックブラックホールにおける反重力の観測的シグネチャを提案すること、例えば崩壊生成物における物質・反物質非対称性。
• 反重力仮説のもとで、ブラックホールの崩壊メカニズムとしてのホーキング放射の優位性がどのように変化するかに挑戦すること。

提案手法

• 物質と反物質の間の重力反発が、特異点を形成しないブラックホール崩壊をもたらすと提案する。
• 曲がった時空における量子場理論を用いて、ブラックホールホライズン内におけるニュートリノ・反ニュートリノ対の真空中生成をモデル化する。
• 反重力が、物質ブラックホールから生成された反ニュートリノが反発的重力によってホライズン外に激しく放出されることを仮定する。
• 真空中極化と重力的エネルギー密度に基づく簡易計算を用いて、超大質量ブラックホールが生成する反ニュートリノフラックスを推定する。
• CERNにおけるマイクロスコピックブラックホールの影響を分析し、反重力が存在する場合、崩壊生成物に顕著な物質・反物質非対称性が現れると提案する。
• 反重力の状況下ではホーキング放射が抑制されたり無視可能になると主張し、代わりに真空中の対生成と放出メカニズムが主要な崩壊機構になると結論づける。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 物質と反物質の間の重力反発が、ブラックホール崩壊における時空特異点の形成を防ぐことができるか？
• RQ2 反重力のもとで、ブラックホールの強い重力場内における真空中の対生成（ニュートリノ・反ニュートリノ）がもたらす観測可能な結果は何か？
• RQ3 天の川銀河およびアンドロメダ銀河の超大質量ブラックホールから発せられる反ニュートリノフラックスは、次世代の立方キロメートル規模のニュートリノ望遠鏡で検出可能程度の強度を持つだろうか？
• RQ4 CERNのような加速器で生成されたマイクロスコピックブラックホールの崩壊において、反重力の兆候としてどのようなシグネチャが現れるだろうか？
• RQ5 反物質が重力反発を経験する場合、ブラックホール崩壊の主要メカニズムとしてのホーキング放射の優位性はどのように変化するか？

主な発見

• 反重力仮説のもとでは、重力反発が無限の曲率を防ぎ、ブラックホール崩壊が時空特異点に至らない。
• ブラックホールホライズン内での強い重力場は、真空中極化効果によって全フレーバーのニュートリノ・反ニュートリノ対を生成する可能性がある。
• 物質ブラックホールから生成された反ニュートリノは、重力反発のためホライズン外に激しく放出され、検出可能なフラックスを形成する。
• 簡易計算の結果、天の川銀河およびアンドロメダ銀河の超大質量ブラックホールが、次世代の立方キロメートル規模のニュートリノ望遠鏡の検出範囲内に反ニュートリノフラックスを放出する可能性がある。
• CERNで生成されたマイクロスコピックブラックホールは、反重力が現実であれば、その崩壊生成物に顕著な物質・反物質非対称性を示す可能性がある。
• 反重力の下ではホーキング放射はブラックホールの主要な崩壊メカニズムではなくなる。代わりに、真空中の対生成と放出が主要な役割を果たす。