Ускоритель частиц на чёрных дырах поможет найти инопланетные цивилизации

Если во Вселенной существует высокоразвитая инопланетная цивилизация, то её специалисты уже наверняка построили работающий на чёрных дырах ускоритель частиц для изучения физики энергии планковских масштабов. Если такая установка существует где-либо в обозримом космосе, то по ней можно засечь разумных соседей по Вселенной, считают учёные.

Брайан Лэки (Brian Lacki) и его коллеги из Принстонского университета в США придумали и изучили концепцию инопланетного ускорителя частиц на чёрных дырах в рамках своего нового исследования. Исследователи сделали расчёты, которые позволяют предположить, что если такой ускоритель существует, он будет производить нейтрино невиданного энергетического уровня — в несколько иоттаэлектронвольт — которые можно будет засечь земными детекторами.

Лэки призывает астрономов, участвующих в поиске внеземного разума, заняться поиском этих частиц сверхвысокой энергии. Идею поддержал член организации SETI Пол Дэвис (Paul Davies) из Аризонского университета, который также считает, что варианты поиска должны быть расширены, что нужно выйти за рамки использования традиционных телескопов.

Подобно людям, считают учёные, инопланетяне должны быть заинтересованы в разгадках тайн Вселенной, а значит, и в проведении физических экспериментов. При достаточном уровне развития инопланетные исследователи должны достичь так называемой планковской энергии — сверхвысокого уровня, который равняется 1,22*1028 электронвольт. Для сравнения, уровень энергии, достигаемый в Большом адронном коллайдере (БАК), равен всего 14 тераэлектронвольтам или 14·1012 электронвольт.

Плотность электромагнитной энергии, необходимой для достижения масштабов Планка, должна быть настолько велика, что установка, генерирующая такую энергию, окажется под угрозой втягивания в чёрную дыру, которую она же сама и произведёт (миниатюрные чёрные дыры планируют получить и на БАКе). Тем не менее, Лэки и его коллеги предполагают, что разумные инопланетные физики смогут обойти эту проблему.

Для обнаружения потоков нейтрино сверхвысоких энергий учёные предложили следить за поверхностью Луны

Неудивительно, что ускоритель, достигающий планковской энергии, должен быть титанически большим. Если для ускорения в такой установке будут использоваться электрические поля, то устройство должно быть по крайней мере в 10 раз больше радиуса Солнца. Тем не менее, магнитный ускоритель синхротронного типа может быть и несколько меньше.

"Что же касается материалов, из которых может быть построен такой ускоритель, то привычные нам вещества здесь не подходят. И единственным местом, где может быть достигнута столь высокая концентрация энергии, требуемая для планковской энергии, является область в непосредственной близости к чёрной дыре", — говорит Лэки.

Построив такой ускоритель, инопланетные физики должны будут сталкивать частицы при планковской энергии приблизительно в 1024 раз чаще, чем это происходит в Большом адронном коллайдере. Однако в таком случае, по словам Лэки, установка будет выдавать массу "побочных продуктов".

Этими "побочными продуктами" окажутся высокоэнергетические частицы, которые в теории могут достичь Земли, если смогут покинуть интенсивные электромагнитные поля внутри фантастического коллайдера. Кроме того, так же как и физики-земляне, инопланетные учёные, скорее всего, попытаются отгородить окружающее пространство от вредных излучений. Поэтому единственными частицами, которые смогут достичь Земли, оказываются вездесущие нейтрино.

Эти нейтрино будут иметь энергию, которая в миллиард или более раз превышают энергию тех же частиц, которые когда-либо улавливали исследователи на Земле. К счастью, в отличие от более низкоэнергетических частиц, эти нейтрино гораздо сильнее взаимодействуют с материей, и потому их будет легче обнаружить.

Согласно расчётам Лэки, большинство таких нейтрино, попадая в земные океаны, будут провоцировать "ливни" из вторичных частиц. Чтобы обнаружить эти явления, необходимо будет расставить сети гидрофонов прямо в воде. И понадобится их немало — около 100 тысяч штук.

Впрочем, существует ещё одна возможность детектирования высокоэнергетичных нейтрино. Учёные придумали использовать для этого Луну: радиотелескоп фиксирует потоки частиц при энергиях, близких к 1020 электронвольт, которые врезаются в поверхность спутника. Именно на это направлена деятельность проекта NuMoon.

Однако, отмечает Лэки, обнаружение иоттаэлектронвольных нейтрино необязательно будет означать, что где-то во Вселенной стоит ускоритель, достигающий плансковской энергии. Согласно теории струн, нейтрино сверхвысоких энергий могут быть следствием распада космических струн — одномерных складок пространства-времени. Впрочем, с этой ноднозначностью физики, наверняка, разберутся.

Свои расчёты Лэки и его коллеги представили в статье, выложенной на сайте препринтов arXiv.org.