[论文解读] 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 2

一句话总结

本文研究了在爱因斯坦-闵可夫斯基-希拉顿理论中的卡鲁扎-克莱因黑洞和裸奇点附近的粒子碰撞，表明对于极端和近极端带电旋转黑洞，以及在裸奇点情况下，碰撞粒子的质心能量在事件视界处趋于无穷大，这表明这些时空可能存在任意高能物理现象。

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.

研究动机与目标

• 研究爱因斯坦-闵可夫斯基-希拉顿理论中卡鲁扎-克莱因黑洞附近的碰撞粒子质心能量。
• 确定在极端和近极端带电旋转黑洞中，粒子碰撞是否能在视界处实现任意高的能量。
• 分析带电非旋转卡鲁扎-克莱因黑洞和裸奇点情况下质心能量的行为。
• 探讨这些发现对高能物理和宇宙审查假说的启示。

提出的方法

• 分析测试粒子在带电和旋转的卡鲁扎-克莱因黑洞背景下的测地线运动。
• 利用弯曲时空中的相对论性运动学计算两个碰撞粒子的质心能量。
• 研究在极端和近极端配置下，当粒子趋近事件视界时质心能量的极限行为。
• 研究在无视界存在的裸奇点情况下质心能量的行为。
• 利用爱因斯坦-闵可夫斯基-希拉顿理论来模拟四维有效时空中的高维引力效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 在极端带电旋转卡鲁扎-克莱因黑洞附近，碰撞粒子的质心能量是否可能趋于无穷大？
• RQ2 在非旋转带电卡鲁扎-克莱因黑洞的视界处，质心能量的行为如何？
• RQ3 在爱因斯坦-闵可夫斯基-希拉顿框架下，裸奇点情况下质心能量是否发散？
• RQ4 电荷和旋转如何影响卡鲁扎-克莱因黑洞中无限质心能量的可能性？

主要发现

• 在极端带电旋转卡鲁扎-克莱因黑洞的事件视界处，两个碰撞粒子的质心能量趋于无穷大。
• 在带电非旋转卡鲁扎-克莱因黑洞的视界处，质心能量同样趋于无穷大。
• 在裸奇点情况下，质心能量发散，表明可能存在任意高能碰撞。
• 这些结果在爱因斯坦-闵可夫斯基-希拉顿理论框架下成立，表明高维引力效应可实现极端能量的产生。