[논문 리뷰] Kaluza-Klein Black Hole as Particles Accelerators

Pujian Mao, Ran Li외 2명|arXiv (Cornell University)|2010. 08. 16.

Black Holes and Theoretical Physics인용 수 2

한 줄 요약

이 논문은 아인슈타인-마크스웰-달론 이론에서 칼루차-클라인 블랙홀과 노출된 싱귤러리티 근처에서 입자 충돌을 조사하며, 극한 및 근접 극한의 전하를 띤 도전성 블랙홀뿐만 아니라 노출된 싱귤러리티의 경우에도 충돌 입자의 질량 중심 에너지가 사건의 지평선에서 무한대에 이를 수 있음을 입증한다. 이는 이러한 시공간에서 임의로 높은 에너지 물리 현상이 가능할 수 있음을 시사한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 칼루차-클라인 블랙홀에서 아인슈타인-마크스웰-달론 이론의 입자 충돌 중심 에너지를 분석한다.
• 극한 및 근접 극한의 전하를 띤 도전성 블랙홀에서 입자 충돌이 사건의 지평선에서 임의로 높은 에너지를 달성할 수 있는지 확인한다.
• 전하를 띤 비도전성 칼루차-클라인 블랙홀과 노출된 싱귤러리티의 경우 중심 에너지의 거동를 분석한다.
• 이러한 결과가 고에너지 물리학과 천체 감시 원칙에 미치는 영향을 탐색한다.

제안 방법

• 전하와 회전을 가진 칼루차-클라인 블랙홀 배경에서 시험 입자의 지오데식 운동을 분석한다.
• 곡률이 있는 시공간에서 상대론적 운동역학을 사용하여 두 충돌 입자의 중심 에너지를 계산한다.
• 극한 및 근접 극한 구성을 가진 경우 입자가 사건의 지평선에 가까워질수록 중심 에너지의 극한을 연구한다.
• 사건의 지평선이 없는 노출된 싱귤러리티의 경우 중심 에너지의 거동을 조사한다.
• 4차원 효과적 시공간에서의 고차원 중력 효과를 모델링하기 위해 아인슈타인-마크스웰-달론 이론을 사용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 극한 전하를 띤 도전성 칼루차-클라인 블랙홀 근처에서 입자 충돌의 중심 에너지가 임의로 크게 될 수 있는가?
• RQ2 비도전성 전하를 띤 칼루차-클라인 블랙홀의 사건의 지평선에서 중심 에너지의 거동은 어떠한가?
• RQ3 아인슈타인-마크스웰-달론 프레임워크 내에서 노출된 싱귤러리티의 경우 중심 에너지가 발산하는가?
• RQ4 전하와 회전은 칼루차-클라인 블랙홀에서 중심 에너지가 무한대에 이를 수 있는 가능성을 어떻게 영향을 주는가?

주요 결과

• 극한 전하를 띤 도전성 칼루차-클라인 블랙홀의 사건의 지평선에서 두 충돌 입자의 중심 에너지는 무한대에 이를 수 있다.
• 비도전성 전하를 띤 칼루차-클라인 블랙홀의 사건의 지평선에서도 중심 에너지가 무한대에 이를 수 있다.
• 노출된 싱귤러리티의 경우 중심 에너지가 발산하여 임의로 높은 에너지의 충돌 가능성을 시사한다.
• 이러한 결과는 아인슈타인-마크스웰-달론 이론의 프레임워크 내에서 성립하며, 고차원 중력 효과가 극단적인 에너지 생성을 가능하게 한다는 것을 시사한다.