科學家探測到詭異高能粒子，竟是來自宇宙的死亡信使？

理論上不可能存在的高能中微子可能來自原初黑洞。

也許我們已經“看到了”原初黑洞的爆炸。

University of Massachusetts Amherst

科學家曾于2023年探測到一種詭異的中微子，這種中微子所攜帶的能量之高， 是大型強子對撞機所能產生的最高能粒子的10萬倍——理論上它不可能由宇宙中的任何已知源頭產生。

近日，來自馬薩諸塞大學阿默斯特分校的一個物理學科研團隊在《物理學評論快報》上刊文稱，這種中微子可能是由一種所謂的“準極值原初黑洞（quasi-extremal primordial black hole）”爆炸湮滅產生的。

如果真是這樣，那么如果科學家能夠追蹤到產生這種中微子的源頭，順藤摸瓜就能解開一系列與宇宙本質有關的謎。

大部分黑洞其實是一種非常穩定的東西，盡管它們質量極大，行為方式極怪——但是有一種黑洞卻完全不是這樣。

1970年霍金指出，宇宙中存在一種所謂的“原初黑洞”。它們并非由恒星坍縮而成，而是宇宙大爆炸后不久原初環境的產物。

原初黑洞和普通黑洞一樣，擁有有極高的密度和幾乎一切都無法逃離的引力；但和普通黑洞相比，它們又小得不可思議。

所有黑洞都會產生“霍金輻射”，并在此過程中釋放粒子，損失質量，最終蒸發殆盡，爆炸湮滅。

理論上黑洞的質量越小，它的溫度就越高，蒸發產生的粒子也就越多。原初黑洞很小，所以它們能夠以很快的速度通過“霍金輻射”蒸發殆盡。

這個過程幾乎是一種失控的狀態。蒸發導致它們越來越輕，越來越輕導致越來越熱，越來越熱導致輻射越來越強，輻射越來越強又會導致它們以更快的速度損失質量——于是它們很快就會陷入萬劫不復的境地。

假如我們能夠觀測到原初黑洞的湮滅，那將在觀測到一系列已知粒子的同時，發現大量目前僅存在于理論上的假想粒子——比如暗物質粒子，并由此揭開許多目前全然未知的奧秘。此前有研究稱，。

2023年科學家在KM3NeT合作實驗中發現了這些不可能存在的中微子。但有一個問題，同樣是中微子天文臺，所謂的“冰立方（IceCube）”卻沒能探測到這次事件，甚至從未探測到能量值僅有其百分之一的信號。如果原初黑洞在宇宙中密集分布，且頻繁湮滅，那么我們為何無法經常探測到這種高能中微子？

馬薩諸塞大學阿默斯特分校的研究人員認為，揭開謎底的關鍵，在于一種帶有所謂“暗電荷（dark charge）”的“準極值（quasi-extremal）”原初黑洞。這種“暗電荷”包含了一種非常重的假想電子——“暗電子（dark electron）”。

研究人員稱這個“暗電荷”模型比普通原初黑洞模型更為復雜，但能夠更加精確地反映現實——最重要的是，它不但能夠解釋高能中微子，甚至還能揭開暗物質之謎。

參考

Explaining the PeV neutrino fluxes at KM3NeT and IceCube with quasiextremal primordial black holes

https://journals.aps.org/prl/accepted/10.1103/r793-p7ct