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Les trous noirs pourraient devenir des accélérateurs de particules massifs

Les Trous Noirs Pourraient Devenir Des Accélérateurs De Particules Massifs

Les trous noirs sont de puissants moteurs de gravité pure, capables de tirer si intensément sur des objets qu’ils ne peuvent pas s’échapper.

Lorsque ces objets se rapprochent de l’horizon des événements, ils sont accélérés à des vitesses incroyables. Maintenant, certains physiciens suggèrent d’exploiter l’attraction gravitationnelle des trous noirs pour créer des accélérateurs de particules féroces. L’astuce, selon la nouvelle étude, est de tout mettre en place avec soin pour que les particules ne se perdent pas à jamais dans le trou noir insatiable. Cette nouvelle vision peut nous aider à identifier les trous noirs à partir des flux de particules qui s’en éloignent.

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Tomber ensemble

Disons qu’une particule commence à tomber dans un trou noir. En se rapprochant du trou noir, il accélère, tout comme une balle accélère lorsqu’elle roule sur une colline. En fait, c’est bien pire qu’une balle roulant sur une colline, car la gravité d’un trou noir est si forte que les particules peuvent tomber plus vite que la vitesse de la lumière

L’horizon des événements – la distance du trou noir où les particules infaillantes atteignent la vitesse de la lumière – définit la limite du trou noir.

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Si une particule tombe, elle est perdue à jamais, enfermée derrière l’horizon des événements sans espoir de fuite. Lorsque vous envisagez de créer un accélérateur de particules, cette région est interdite, car un accélérateur qui ne crache jamais de particules ne serait pas amusant.

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Mais c’est l’histoire d’une seule particule solitaire. Lorsque deux particules ou plus sont impliquées, les choses peuvent devenir intéressantes.

Aller à l’extrême

Si deux particules s’approchent d’un trou noir, elles reçoivent chacune un énorme regain d’énergie. Nos collisionneurs de particules actuels accélèrent les particules lourdes à plus de 99% de la vitesse de la lumière, mais cela demande beaucoup de travail (et dans le cas du plus grand briseur d’atomes du monde, le Grand collisionneur de hadrons, un anneau de canaux supraconducteurs de près de 17 miles, ou 27 kilomètres, long). Les trous noirs créent ce genre d’accélération insensée simplement en existant.

Au fur et à mesure que les deux particules approchent de l’horizon des événements, leur vitesse augmente. Et s’ils ont la bonne combinaison de vitesse et de direction entrantes, ils peuvent ricocher les uns sur les autres, envoyant l’un d’eux plonger dans sa perte, alors que l’autre contourne le bord de l’horizon des événements avant de s’envoler vers la sécurité.

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Ces événements sont rares, mais des recherches antérieures ont montré que les particules sont capables de se briser avec des énergies arbitrairement élevées – tout dépend de la distance à laquelle elles peuvent se rapprocher de l’horizon des événements (et à quelle distance elles se rapprochent de la vitesse de la lumière) à la moment de la collision.

Cet accélérateur de particules rimshot fonctionnerait encore mieux pour la rotation des trous noirs. En raison de leur spin extrême, ces types de trous noirs peuvent faire pivoter l’espace-temps autour de l’horizon des événements, permettant à plus de particules d’atteindre le voisinage de l’horizon des événements avant de s’envoler vers l’infini.

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Il y a cependant un hic à cette histoire. En raison de la nature complexe des mathématiques impliquées, ce scénario du trou noir comme canon à particules n’a été exploré que dans le cas de ce que l’on appelle les trous noirs «extrêmes». Ce sont des trous noirs théoriques qui sont la plus petite masse possible pouvant tourner à une vitesse donnée. Dans la vraie vie, les scientifiques pensent que presque tous (sinon absolument tous) les trous noirs sont beaucoup plus massifs qu’ils ne devraient l’être.

Cela rendrait les trous noirs réels « non extrémaux », ce qui signifie que jusqu’à présent, les physiciens ne savaient pas s’ils pouvaient ou non agir comme des collisionneurs de particules.

Faire tout fonctionner

Il s’avère qu’ils le font, grâce à une nouvelle recherche publiée le 1er octobre dans la base de données de préimpression arXiv et sur le point de publier dans la revue Physics Review D.La nouvelle recherche a révélé que des trous noirs plus réalistes – y compris des trous noirs massifs, rotatifs et électriques les trous noirs chargés peuvent encore accélérer utilement les particules.

Ce n’est cependant pas un pistolet à particules générique. Afin d’obtenir le coup de pied à grande vitesse requis, les particules entrantes doivent se précipiter à des vitesses déjà élevées, ce qui annule en quelque sorte le point. Mais les chercheurs ont découvert que de multiples collisions à faible vitesse peuvent avoir lieu près de l’horizon des événements, conduisant à la sortie haute énergie souhaitée.

Malheureusement, comme les collisions doivent se produire près de l’horizon des événements pour atteindre des énergies aussi insensées, lorsqu’elles échappent au trou noir, elles doivent lutter contre toute cette gravité presque écrasante, les ralentissant avant qu’elles n’atteignent la vraie liberté dans l’espace interstellaire. Heureusement, les chercheurs ont également trouvé une solution à ce problème, montrant que des collisions à haute énergie peuvent se produire autour de trous noirs en rotation sans se rapprocher trop des horizons des événements, ce qui signifie que les particules peuvent exploser dans un éclat de gloire.

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Publié à l’origine sur 45Secondes.fr.

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