[论文解读] 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 5

一句话总结

该论文提出，反物质可能因与物质产生引力排斥（反重力），从而导致非奇点的黑洞坍缩，且在视界内部发生真空对产生中微子与反中微子。若反重力存在，银河系与仙女座星系中的超大质量黑洞可能发射可被下一代中微子望远镜探测到的反中微子通量。

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.

研究动机与目标

• 研究反物质的引力行为，特别是物质与反物质之间可能存在引力排斥（反重力）的可能性。
• 探讨反重力将如何改变黑洞的内部结构与演化，特别是避免时空奇点的形成。
• 评估在反重力假设下，通过真空对产生机制在超大质量黑洞中产生的反中微子通量的可探测性。
• 提出在CERN产生的微型黑洞中可能观测到的反重力特征，例如衰变产物中的物质-反物质不对称性。
• 挑战在反重力假设下，霍金辐射作为黑洞主要衰变机制的主导地位。

提出的方法

• 提出物质与反物质之间的引力排斥会导致非奇点黑洞坍缩，从而避免时空奇点的形成。
• 应用弯曲时空中的量子场论，模拟黑洞视界内部强引力场中中微子-反中微子对的真空对产生。
• 假设反重力导致由物质黑洞产生的反中微子因排斥性引力作用而被剧烈喷射至视界之外。
• 基于真空极化和引力能量密度的粗略计算，估算超大质量黑洞中产生的反中微子通量。
• 分析CERN中微型黑洞的后果，提出若反重力存在，其衰变产物将表现出强烈的物质-反物质不对称性。
• 主张在反重力情景下，霍金辐射将被抑制或无关紧要，而衰变主要由真空对产生与喷射机制驱动。

实验结果

研究问题

• RQ1 物质与反物质之间的引力排斥是否能阻止黑洞坍缩过程中时空奇点的形成？
• RQ2 在反重力假设下，强引力场中黑洞视界内部的真空对产生（中微子-反中微子）会产生何种可观测后果？
• RQ3 银河系与仙女座星系中超大质量黑洞产生的反中微子通量是否足够强，可被下一代立方公里级中微子望远镜探测到？
• RQ4 在粒子加速器（如CERN）中产生的微型黑洞衰变中，反重力可能表现出何种特征信号？
• RQ5 若反物质经历引力排斥，霍金辐射作为主要衰变机制的主导性将如何受到影响？

主要发现

• 在反重力假设下，黑洞坍缩不会导致时空奇点，因为引力排斥阻止了无限曲率的形成。
• 黑洞视界内部的强引力场可能通过真空极化效应产生所有种类的中微子-反中微子对。
• 由物质黑洞产生的反中微子会因引力排斥而被剧烈喷射至视界之外，形成可观测的通量。
• 粗略计算表明，银河系与仙女座星系中的超大质量黑洞可能发射出处于下一代立方公里级中微子望远镜探测范围内的反中微子通量。
• 若反重力真实存在，CERN产生的微型黑洞可能在衰变产物中表现出强烈的物质-反物质不对称性。
• 在反重力条件下，霍金辐射不会是黑洞的主要衰变机制；相反，真空对产生与喷射机制将起关键作用。