Schwarzes Loch in der Erde?

Schwarzes Loch in der Erde?

Sergej Komarow
"Chemie und Leben" №8, 2018

Foto: Christian Miki, Universität von Hawaii-Manoa

Stimmt es, dass auf der Erde ein schwarzes Loch wächst und die Amerikaner dies durch eine aktuelle Beobachtung bestätigt haben? Brad? Und im Internet schreiben sie, dass es wächst … Aber wenn die neugierigen Bewohner des Netzwerks die ursprünglichen Quellen lesen würden, würden sie wissen, was Physiker dazu zwingen kann, ein so exotisches Szenario in Betracht zu ziehen.

Wahrlich, ich sage euch: Am 4. Mai 1925 wird die Erde in die himmlische Achse fliegen!
M. A. Bulgakov, "Herz eines Hundes"

Transformationen von Tests

"Physiker haben das Wachstum eines Schwarzen Lochs innerhalb der Erde bestätigt." So gab der anonyme Journalist A. N. am 25. Juli 2018 sein Material auf der Website der Agentur ANHA bekannt, die in Belgien von einer Gruppe kurdischer Journalisten geschaffen wurde. Wie das schwarze Loch in unserem Planeten die kurdische Befreiungsbewegung betrifft, ist unklar, aber diese Botschaft wird vom Suchsystem als Hauptquelle gegeben, die als Ausgangspunkt für die Arbeit von Journalisten anderer Online-Publikationen diente, die darauf spezialisiert waren, der Öffentlichkeit äußerst interessante Nachrichten zu liefern. Das Wesen der kurdischen Botschaft war das in der Zeitschrift Physische Überprüfungsschreiben Der neueste Artikel zur Funktionsweise der ANITA-Sonde wurde veröffentlicht. Es fliegt über die Antarktis und fängt Neutrinoflüsse ein. Aus den Sondendaten folgt also, dass in der Erde ein schwarzes Loch wächst.Ein kurdischer Journalist fügt jedoch hinzu, einige Wissenschaftler glauben, dass dies ein Hinweis auf das Auftreten einer thermonuklearen Reaktion in der Erde ist, was die globale Erwärmung erklärt.

ANITA bereitet sich auf das Fliegen vor. Foto: Brian Hill von Hawaii-Manoa

Russische Journalisten, die den Text kreativ überarbeitet haben, fügen hinzu, dass dies, nach Meinung einiger Experten, kein schwarzes Loch ist, das Streiche spielt, sondern ein Wettrüdenrennen Neutrinos auf die Erdoberfläche schickt. Im Allgemeinen gingen die Meinungen auseinander, aber die Forschung geht weiter (letzteres ist die absolute Wahrheit: Die Sonde beobachtet weiter).

Das Interessanteste hier ist, dass der Artikel überhaupt nicht veröffentlicht wurde, er wurde nur in der Presse akzeptiert, und es war unmöglich, seinen vollständigen Text auf der damaligen Webseite der Zeitschrift zu finden – nur eine Zusammenfassung, wo kein Wort über Schwarze Löcher oder thermonukleare Reaktionen ist, und unter 63 Koautoren niemand mit einem kurdischen Nachnamen. Wie es heute üblich ist, ist der vorläufige Text des Artikels auf arXiv.com und seit dem 14. März 2018 da. Aus diesem Text konnten die Details dieser interessanten Forschung extrahiert werden, wofür man Netzwerkjournalisten danken kann, die auf diese nicht gerade auf den ersten Blick beeindruckende Arbeit aufmerksam gemacht haben.

Rauch über Eis

Das Wesen der Arbeit ist wie folgt. NASA ANIT Sonde (von Antarktische Impulsive Transiente AnordnungDie Antarctic Pulse Span wurde vor langer Zeit erstmals in der Antarktis gestartet – am 15. Dezember 2006 in der Nähe der McMurdo Station. Seitdem fliegt er etwa alle zwei Jahre etwa einen Monat lang in einem Ballon in der oberen Atmosphäre in einer Höhe von 35-37 km über dem Meeresspiegel oder 33-35 km über der Eisoberfläche, wobei er sich allmählich zum Pol verschiebt. Aufgabe des Experiments ist es, das Auftreten ultrahochenergetischer Neutrinos kosmischen Ursprungs aufzuzeichnen. Nach dem Sammeln der Daten analysieren die Forscher sie für ein paar Jahre, ändern etwas im Detektor und starten die Sonde erneut. Das vierte Experiment fand Ende 2016 statt, also werden wir bald neue Ergebnisse finden. Bisher wurde die Analyse auf jene Ereignisse reduziert, die in den ersten drei Flügen aufgezeichnet wurden.

Von wo Neutrinos von Superhigh, Exelectron-Volt (EEV) Energien kommen – und das ist millionenmal mehr Teraelectron-Volt (TeV), die auf dem leistungsfähigsten Gerät des Menschen, dem Large Hadron Collider, erreicht werden – wir werden unten diskutieren, aber zuerst erzählen Methoden zum Nachweis solcher Neutrinos.

Im Jahr 1962, G. A.Askar'yan, der zukünftige Gewinner des Lenin-Preises, und dann ein Forscher am Physikalischen Institut der Akademie der Wissenschaften der UdSSR. P. N. Lebedeva (FIAN) hat eine interessante Idee vorgestellt. Bewegt sich ein Teilchen in diesem Medium über ein festes Medium mit einer Geschwindigkeit, die größer ist als die Lichtgeschwindigkeit, entsteht eine kompakte, mehrere Kubikzentimeter große Wolke geladener Teilchen – Elektronen und Positronen. Diese Wolke sollte aufgrund der Gleichheit der Gesamtladungen von Elektronen und Positronen keine Spuren hinterlassen. Askar'yan schlug jedoch vor, dass bei einer Bewegung in einem dichten Medium die Gleichheit der Anzahl dieser Teilchen sehr schnell verletzt wird – es gibt 20% mehr Elektronen, dh es entsteht ein elektrischer Strom, der kohärente (wie bei einem Laser) Strahlung mit bestimmten Eigenschaften erzeugt. Nachdem Sie diese Strahlung aufgefangen haben, können Sie das Vorhandensein einer solchen Wolke beheben.

Neutrino-Erkennungsschema für den Askarjan-Effekt. Abb. Predrag Miochinovic

Bis zum Ende der 80er-Jahre zog die Idee von Askar'yan keine besondere Aufmerksamkeit auf sich, doch als die Astrophysik entwickelt wurde, hatten die Forscher die Aufgabe, Ultrahochenergie-Neutrinos aufzuzeichnen. Wie aus der Physik bekannt ist, ist die Teilchenströmung umso kleiner, je höher die Energie ist.Je kleiner also die Teilchen sind, desto größer muss der Detektor sein, zumal Neutrinos äußerst ungern mit Materie wechselwirken. Nehmen wir an, ein Kubikmeter Eis ist gut geeignet, um Neutrinos mit TeV-Energie einzufangen: einen solchen Detektor Eiswürfel wurde in der Antarktis gebaut. Um jedoch ein Neutrino mit tausendmal höherer Energie (PeV) zu fixieren, werden tausende Kubikmeter Eis benötigt, und für die nächste Energieentladung, EeV, werden Millionen benötigt.

Es ist unmöglich, einen solchen Detektor zu bauen, also müssen Sie einige natürliche Objekte verwenden, wie das Eisschild der Antarktis oder den Mond. Der erste war der bequemste. Erstens ist es viel einfacher, eine Sonde über die Antarktis zu starten, als eine interplanetare Expedition auszurüsten. Zweitens überträgt kaltes Eis, das ein Dielektrikum ist, die Radioemission, nämlich die Radioemission, perfekt und sollte auftreten, wenn der Askarjan-Effekt bei Ultrahochenergie-Neutrinos realisiert wird.

In den späten 1990ern und frühen 2000ern wurden Experimente durchgeführt, die den Askarjan-Effekt in Dielektrika wie Salz, Mondregolith und Eis bestätigten. Um beispielsweise die Eignung des Detektors als Detektor zu testen, legten die Forscher 2006 fünfeinhalb Tonnen reines Eis an und sandten Elektronen und Protonen vom Beschleuniger zu ihm.Über dem Eis in einer Höhe von acht Metern hing eine Sonde ANITA, die die entsprechende Strahlung aufzeichnete. So wurde seine Leistung bewiesen.

Ereignisse

Und so begann die Forschung. Die Sonde flog über die Antarktis in einem Fly-Around und beobachtete etwa anderthalb Millionen Kubikkilometer Eis. Leider wurde kein einziges Signal vom hochenergetischen Neutrino, das in das antarktische Eis eindringt, aufgezeichnet. Einige interessante Ereignisse wurden jedoch bemerkt. Zuallererst waren dies Spuren von Teilchen der kosmischen Strahlung, die super-energetisch sind, wobei Energie in EEV in die Atmosphäre eindringt. Auf dem ersten und dritten Flug gab es ein Dutzend solcher Ereignisse (während des zweiten Fluges um ANITA wurde die Aufgabe, Spuren kosmischer Strahlung zu fixieren, gestrichen). Wenn ein energiereiches Strahlenbündel in die Atmosphäre eindringt, kollidiert es mit einem Molekül und erzeugt einen Schauer von Sekundärteilchen. Diese wiederum bilden die Radioemission, und sie, vom Eis reflektiert, tritt in die Sondendetektoren ein. Die Tatsache, dass der Regen niederfliegt und die Strahlung reflektiert wird und hochfliegt, ist wichtig: Dies beeinflusst die Polarisation des Signals. ANIT-Antennen sind perfekt in der Lage, diese Polarisation zu erfassen und somit das Signal zu unterscheidenkosmischer Ursprung aus anthropogenem Signal. Im Allgemeinen wurden Signale von kosmischer Strahlung erwartet.

Aber unter den aufgezeichneten Signalen stellte sich heraus, dass es etwas seltsam war. Während des ersten Fluges wurden zwei Signale gefunden, die von der Horizontlinie kamen, deren Reflexion die Polarisation nicht veränderte. In jeder anderen Hinsicht entsprach das Signal den aus kosmischen Strahlen erhaltenen Signalen. Diese zwei Signale wurden als von einem kosmischen Strahl stammend identifiziert, der sich horizontal ausbreitet.

Aber es gab zwei weitere abnormale Signale. Die erste, die während des ersten Fluges erhalten wurde, wurde zunächst abgelehnt, weil sie überhaupt nicht in die Theorie passte. Als jedoch im dritten Flug ein ähnliches Signal aufgezeichnet wurde, mussten sie einer zusätzlichen Analyse unterzogen werden. Beide Signale kamen weit von der Horizontlinie entfernt: die Winkelkoordinate entsprach -27-30 °. Tatsächlich kam das Signal vom Boden, und es breitete sich aus, das heißt, es wurde nicht reflektiert. Es stellte sich heraus, dass diese Signale durch ein Elektron-Elektronen-Volt (mit einer Energie von 0,5 EV) erzeugt wurden, die aus Teilchen bestand, die im Eis oder tief darüber entstanden und nach oben in Richtung Weltraum geflogen waren.

Was ist das, das Ereignis vom hochenergetischen Neutrino? Nein, die Wellenform entsprach überhaupt nicht der Theorie des Askarjan-Effekts.Und hier begannen alle möglichen Phantasien, insbesondere jene, die im Juli 2018 Furore machten.

Tau-Hypothese

Das Hauptproblem ist, dass es auf der Erde keine Quellen von ausreichender Energie gibt, um ein Teilchen zu erzeugen, das Energie in Exa-Elektronenvolt hat. Daher muss man sich Quellen kosmischen Ursprungs zuwenden. Wenn jedoch ein Regenguß ein kosmisches Teilchen hervorbrachte, das von der gegenüberliegenden Seite der ANITA-Sonde auf die Erde auftrifft, bedeutet das, daß es von 5 bis 7000 Kilometern des Firmaments gereist ist. Kein kosmischer Strahl ist dazu in der Lage, nur Neutrinos. Daher wurde vorgeschlagen, dass die Dusche ein Tau-Lepton ergab, das durch die Kollision von Tau-Neutrinos mit Materie erzeugt wurde. In diesem Fall besaß das Neutrino selbst eine Elektronenelektronenvolt-Energie. Dieses Tau-Lepton, das sehr instabil ist, aber sich mit einer Geschwindigkeit nahe der Lichtgeschwindigkeit bewegt, könnte bis zu dem Punkt leben, an dem die Eisfläche die Atmosphäre durchschneidet oder sogar bis zu mehreren Kilometern aus dem Eis fliegt, wo es zerfällt und den gewünschten Kinderregen verursacht Partikel.

Es gibt einen Schwachpunkt in dieser schönen Hypothese. Neutrinos solcher Energien sollten während ihrer Reise durch die Erde ein Dutzend Mal mit Materie interagiert haben und verschwanden, was zu Tau-Leptonen führte.Letztere könnten wiederum die folgenden Tau-Neutrinos erzeugen, jedoch mit viel weniger Energie. Es stellt sich heraus, dass mit einem solchen Mechanismus ein Neutrino mit viel höherer Energie am Eingang sein sollte, als es möglich ist, basierend auf dem existierenden Bild des Universums: Anderenfalls sollte die erforderliche Energie nicht am Ausgang des Tau-Leptons erhalten werden. Dies bedeutet, dass es notwendig ist, das Modell der Wechselwirkung von Neutrinos mit Materie zu überarbeiten, um eine ungehinderte Reise durch viele Tausende von Kilometern zu gewährleisten, oder um nach anderen Quellen von Ultrahochenergie-Neutrinos zu suchen.

In einem Versuch, zumindest eine Erklärung zu finden, untersuchten die Forscher, ob es im richtigen Sektor des Weltraums eine Katastrophe gegeben hat, die genügend energiereiche Neutrinos erzeugen kann. Im zweiten Fall war es tatsächlich möglich, eine Supernova SN2014dz zu finden, die für das Ereignis verantwortlich sein könnte, aber die Wahrscheinlichkeit dafür war statistisch nicht signifikant. Außerdem stellte sich heraus, dass seine Neutrino-Leuchtkraft viel höher war als die Helligkeitsdaten im sichtbaren Bereich, und andere Neutrinodetektoren sollten diese Neutrinos bemerkt haben. Und bei der ersten Veranstaltung wurden überhaupt keine möglichen Kandidaten gefunden.Die Physiker stoppten dort, in der Hoffnung, bei den nächsten ANITA-Flügen mehr Informationen zu erhalten, und in den Datenbanken mit den Ergebnissen von Beobachtungen anderer Detektoren, um etwas zu finden, das mit anomalen Ereignissen zusammenhängt.

Kosmische Neutrinos

Ultrahochenergie-Neutrinos sind eines der heißesten Themen in der Astrophysik. So äußerte sich der Teilnehmer der Kollaboration von ANITA Predrag Miochinovich auf der Konferenz von Stanford 2004 poetisch: "Sie sind die dritte Etappe, die benötigt wird, um alle modernen astrophysikalischen Theorien zu unterstützen und zusammen mit optischen Beobachtungen und dem Studium der kosmischen Strahlung eine klarere Vorstellung davon zu geben die innere Struktur der energiereichsten Maschinen im Universum "(arXiv: astro-ph / 0503304v1, 14. März 2005).

Das Problem ist das. In den 60er Jahren, als Askar'yan den Mechanismus des nach ihm benannten Effekts erfand, erfanden zwei andere Gruppen theoretischer Physiker Beschränkungen der Energie der kosmischen Strahlung. Dies waren Kenneth Grayson von der Cornell University und G. T. Zatsepin und A. V. Kuzmin von FIAN. Ihre Artikel wurden 1966 veröffentlicht, dh kurz nach den Zufallsmessungen von Arnaud Penzias und Robert Wilson, die das Vorhandensein von Reliktstrahlung mit Temperatur registrierten, für die sie 1978 den Nobelpreis für Physik erhielten.Die Berechnung basierend auf ihren Daten zeigte, dass Protonen mit Energien von 10-100 EeV mit Reliktphotonen kollidieren und Energie verlieren, wodurch Tochterpartikel erzeugt werden. Die Pfadlänge stellte sich als groß heraus, etwa 50 MPS, aber immer noch viel kleiner als die Größe des sichtbaren Universums. Daher kann die Energie der kosmischen Strahlung diese Grenze nicht überschreiten (jetzt wird sie mit den Namen der Entdecker GZK-Grenze genannt). Tatsächlich sind zuverlässige Daten, die darauf hinweisen, dass kosmische Strahlung mit höherer Energie existiert, noch nicht erhalten worden.

Etwas später, im Jahr 1969, zeigten V. A. Beresinsky (der dem verdienten Nobelpreis für Neutrinooszillationen nicht gerecht wurde, siehe Chemistry and Life, Nr. 11, 2016) und G. T. Zatsepin, dass bei solchen Zusammenstößen Neutrinos entstehen mit Energie ein paar Größenordnungen niedriger als die ursprünglichen Teilchen der kosmischen Strahlung. Solche Neutrinos mit Energie in EEV oder etwas weniger heißen jetzt GZ-Neutrinos, und hier interagieren sie so schwach mit dem Mikrowellenhintergrund, dass sie aus den Tiefen des Kosmos zur Erde fliegen können. Wenn es möglich wäre, sie zu beheben, würde die Theorie eine zuverlässige Bestätigung erhalten.

Aber wie Sie sehen können, geht es ihm vorerst nicht gut, aber es tauchen einige unverständliche Daten auf, die keiner Theorie folgen.Und da der kosmische Ursprung der beiden erkannten Teilchen in Frage steht, entsteht die Versuchung zu sagen: Was ist, wenn es etwas anderes ist? Was ist, wenn ihre Quelle innerhalb der Erde ist? Da die Energie der Teilchen extrem hoch ist, sollten sie nicht die schrecklichste Schöpfung des Universums schaffen – ein schwarzes Loch?

Geschätztes Partikelspektrum während der Verdampfung eines mikroskopisch kleinen Schwarzen Lochs im Large Hadron Collider (Timothy L. Barklow, Albert De Roeck. Physik an Multi-TeV-Linearcollidern, arXiv: hep-ph / 0112313v1, 22. Dez. 2001)

Die Konversation, dass ein Neutrino ultrahoher Energie, wenn es mit Eis kollidiert, sich zu einem mikroskopisch kleinen Schwarzen Loch verwandeln kann, dauert schon lange, auch im Stadium der Vorbereitung auf das ANITA-Experiment. Wie Predrag Miochinovich in der oben erwähnten Rede in Bezug auf zwei Artikel von 2002 bemerkt, sollte ein solches Loch sofort mit dem Hawking-Mechanismus verdampfen und Partikelschauer erzeugen, die aufgrund der gleichen Wirkung von Askar'yan repariert werden können. Dies führt zu einer falschen Zunahme der von ANITA erfassten Ereignisse. Da in den zwölf Betriebsjahren keine Neutrinoereignisse beobachtet wurden, scheint diese Hypothese nicht sehr konsistent zu sein.

Aber kann ein mikroskopisch kleines schwarzes Loch kosmischen Ursprungs die Erde aufblitzen lassen und, von der anderen Seite fliegend, einen hochenergetischen Partikelschauer auslösen, ähnlich dem, der durch den Zerfall eines Tau-Leptons erhalten wird? Die Frage ist nicht einfach und die Antwort hängt davon ab, wie sich ein solches schwarzes Loch verhält.

Im Rahmen des bestehenden Konsenses kann sich ein mikroskopisches Schwarzes Loch aus einem Teilchen mit Energien größer als TeV bilden, vorausgesetzt, unser Raum hat verborgene Dimensionen. Während der Verdampfung bildet es eine Menge von Elementarteilchen, aber ihr Spektrum ist unbekannt, und verschiedene Theorien geben sehr unterschiedliche Schätzungen, zumal nicht nur die Parameter der verborgenen Dimensionen, sondern auch ihre Existenz fraglich ist. In speziellen Detektoren eines Beschleunigers von Elementarteilchen ist es leicht, die Produkte der Verdunstung eines Schwarzen Lochs und des Zerfalls eines Leptons zu unterscheiden. Aber ob es von ANITA gemacht werden kann, die nur Radioemissionen fängt, ist nicht sehr klar.

Die Hauptsache ist, dass es Szenarien gibt, nach denen sich ein mikroskopisch kleines Schwarzes Loch als langlebig herausstellt. Es verdampft nur, wenn es größer als die Größe der verborgenen Dimensionen ist, und bis zu diesem Punkt ist es entweder stabil oder absorbiert die Substanz und wächst.In einem solchen Szenario, das durch die Erde fliegt (die einige zehn Millisekunden dauert) und aktiv die Substanz absorbiert, ist der Vorteil seiner Dichte hoch, das Loch, das eine kritische Größe erreicht, geht in einen metastabilen Zustand über: Wie viele Substanzen hat absorbiert, so viel ist als Partikelschauer verdampft. Diese Schauer verursachen eine sich aufwärts ausbreitende Strahlung, einschließlich Radioemissionen, die aus den Tiefen der Erde kommen. Nachdem das Loch über die Grenzen des Festkörpers geflogen ist, verliert es aufgrund der geringen Dichte der umgebenden Substanz die Fähigkeit zu wachsen. Es wird sich innerhalb der verborgenen Dimensionen schließen und spurlos im Raum verschwinden.

Es ist möglich, dass solche hypothetischen Überlegungen, basierend auf ungetesteten und hochspekulativen Modellen, einzelnen Enthusiasten erlaubten, ein schwarzes Loch in der Erde anzuziehen, um die von der ANIT-Sonde aufgezeichneten Anomalien zu erklären.


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