在本周发表于《物理评论快报》的一篇论文中，来自阿姆斯特丹和哥本哈根的物理学家认为，对合并的黑洞对进行密切观察可能会揭示有关潜在新粒子的信息。这项研究结合了阿姆斯特丹大学科学家在过去六年中的几项新发现。

两个黑洞合并时发射的引力波携带着有关其组成部分轨道形状和演化的详细信息。研究小组包括阿姆斯特丹大学 (UvA) 的物理学家 Giovanni Maria Tomaselli 和 Gianfranco Bertone，以及前 UvA 硕士生 Thomas Spieksma(现就职于哥本哈根的尼尔斯玻尔研究所)。该研究表明，仔细分析这些信息可能会揭示自然界中新粒子的存在。

超辐射

使探测新粒子成为可能的机制称为黑洞超辐射。当黑洞旋转得足够快时，它可以将部分质量释放到周围的粒子“云”中。黑洞云系统被称为“引力原子”，因为它与质子周围的电子云相似。

由于超辐射只有当粒子比迄今为止实验中测量的粒子轻得多时才有效，因此这一过程为探索被称为超轻玻色子的新粒子的存在提供了独特的机会，超轻玻色子的存在可能解决天体物理学、宇宙学和粒子物理学中的几个难题。

过去六年来，阿姆斯特丹大学的科学家在一系列有影响力的论文中研究了超轻玻色子云存在下双黑洞的轨道演化。他们发现的一个重要新现象是共振跃迁，即云从一个状态“跳跃”到另一个状态，类似于普通原子中的电子在轨道之间跳跃的方式。

另一个新现象是电离，它与普通原子的行为类似，即部分云被喷射。这两种效应都会在发射的引力波上留下特征印记，但这些印记的细节取决于粒子云的状态(目前尚不清楚)。为了填补这些剩余的细节，这项新研究结合了之前的所有结果，并追踪了该系统从双黑洞形成到黑洞合并的历史。

两种可能性

主要结论大大提高了我们对双引力原子的理解。研究人员发现，这种系统的演化可能有两种结果，两种结果同样有趣。

如果黑洞和云最初以相反的方向旋转，那么云将保持超辐射最初产生的状态，并通过电离变得可探测，这会在引力波上留下清晰的信号。在所有其他情况下，共振跃迁会完全摧毁云，双星的轨道会获得非常具体的偏心率和倾角值，这些值可以从引力波信号中测量出来。

因此，新结果为寻找新粒子提供了一种新颖而可靠的策略，要么通过检测引力波形中的电离效应，要么通过观察具有预测偏心率和倾角值的系统的异常过剩。对于这两种情况，即将进行的详细引力波观测将揭示有关是否存在新超轻粒子的非常有趣的信息。

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