[論文レビュー] Kaluza-Klein Black Hole as Particles Accelerators

Pujian Mao, Ran Li+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 16, 2010

Black Holes and Theoretical Physics被引用数 2

ひとこと要約

この論文は、アインシュタイン＝マックスウェル＝ディラトン理論におけるカルラツァ＝クラインブラックホールおよび裸の特異点周辺の粒子衝突を調査し、極端および近似的に極端な電荷を帯びた回転するブラックホール、および裸の特異点の場合に、衝突する粒子の重心系エネルギーが事象の地平線で無限大に達することを示している。これは、これらの時空において任意の高エネルギー物理学が実現可能である可能性を示唆している。

ABSTRACT

It has recently been pointed out that, under certain conditions, the energy of particles accelerated by black holes in the center-of-mass frame can become arbitrarily high. In this paper, we study the collision of two particles in the case of four-dimensional charged nonrotating, extremal charged rotating and near-extremal charged rotating Kaluza-Klein black holes as well as the naked singularity case in Einstein-Maxwell-dilaton theory. We find that the center-of-mass energy for a pair of colliding particles is unlimited at the horizon of charged nonrotating Kaluza-Klein black holes, extremal charged rotating Kaluza-Klein black holes and in the naked singularity case.

研究の動機と目的

• カルラツァ＝クラインブラックホールにおけるアインシュタイン＝マックスウェル＝ディラトン理論の下での粒子衝突の重心系エネルギーを検討すること。
• 極端および近似的に極端な電荷を帯びた回転するブラックホールにおいて、粒子衝突が事象の地平線で無限大のエネルギーに達するかどうかを特定すること。
• 電荷を帯びた非回転カルラツァ＝クラインブラックホールおよび裸の特異点の場合の重心系エネルギーの挙動を分析すること。
• これらの発見が高エネルギー物理学および宇宙監視仮説に与える意味を探索すること。

提案手法

• 電荷および回転を有するカルラツァ＝クラインブラックホールの背景におけるテスト粒子の測地線運動の分析。
• 曲がった時空における相対論的運動論を用いて、二つの衝突する粒子の重心系エネルギーを計算すること。
• 極端および近似的に極端な状態における粒子が事象の地平線に近づく極限での重心系エネルギーの挙動を検討すること。
• 地平線が存在しない裸の特異点の場合における重心系エネルギーの挙動の調査。
• 高次元重力効果を4次元有効時空にモデル化するためにアインシュタイン＝マックスウェル＝ディラトン理論を用いること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 極端な電荷を帯びた回転するカルラツァ＝クラインブラックホール周辺では、衝突する粒子の重心系エネルギーが任意に大きくなることができるか？
• RQ2 非回転電荷を帯びたカルラツァ＝クラインブラックホールの事象の地平線における重心系エネルギーの挙動はいかなるものか？
• RQ3 アインシュタイン＝マックスウェル＝ディラトンフレームワーク内において、裸の特異点の場合に重心系エネルギーが発散するか？
• RQ4 電荷および回転は、カルラツァ＝クラインブラックホールにおける無限大の重心系エネルギーの実現可能性にどのように影響するか？

主な発見

• 極端な電荷を帯びた回転するカルラツァ＝クラインブラックホールの事象の地平線において、二つの衝突する粒子の重心系エネルギーは無限大に達する。
• 電荷を帯びた非回転カルラツァ＝クラインブラックホールの事象の地平線でも、無限大の重心系エネルギーが達成される。
• 裸の特異点の場合、重心系エネルギーは発散し、これは任意の高エネルギー衝突の可能性を示唆している。
• これらの結果はアインシュタイン＝マックスウェル＝ディラトン理論の枠組み内で成り立っており、高次元重力効果が極端なエネルギー生成を可能にしていることを示唆している。