じじぃの「ミニブラックホール・異次元の存在をどうやって知るか?あっと驚く科学の数字」

Creating Black holes & The 'God' Particle | The Edge

動画 YouTube
https://www.youtube.com/watch?v=Lxx7XI35ICA

What are 'mini' black holes?

What are 'mini' black holes?

MARCH 29, 2010
https://phys.org/news/2010-03-mini-black-holes.html

マイクロブラックホール

ウィキペディアWikipedia) より
マイクロブラックホール (micro black hole) は、そのシュヴァルツシルト半径が量子サイズのブラックホールである。ミニブラックホールとも呼ばれる。ブラックホールの質量はシュヴァルツシルト半径に比例するため、質量もそれに応じ小さいが、量子サイズであることを考慮すればきわめて大きい。
【性質】
マイクロブラックホール量子力学的効果と一般相対論的効果を共に持つため、厳密な分析には量子重力理論が必要であるが、従来の量子力学と一般相対論の範囲である程度の性質が推測されている。
もし超ひも理論超弦理論)などで予想されている余剰次元が存在すれば、ミクロのスケールでは重力は逆2乗則より急激に変化するため、短距離では重力が非常に強くなり、マイクロブラックホールの発生は一般相対論から導かれるよりはるかに容易になる。最も楽観的な予想では、LHCの出力で可能といわれ、余剰次元の実験的検証が期待されている。

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『あっと驚く科学の数字 最新宇宙論から生命の不思議まで』

数から科学を読む研究会/著 ブルーバックス 2015年発行

11次元――超弦理論が予想する宇宙の時空間の次元数 より

超弦理論では、光子は横振動(横波)の表れとされるが、特殊相対論と矛盾しないためには、質量がゼロでなければならない。これを量子力学の支配する極微の世界で満足させるためには、空間9次元が必要なことが数学的に明らかになっている。さらに、5種類示されていた超弦理論を統一する過程で1次元増えて、空間10次元となった。
そして、私たちが認識できる4次元を除いた7次元(余剰次元)の空間はものすごく小さく、プランク長さ程度に丸まっているので、見ることも、感じることもできないというのである。
プランク長とはどのくらいの大きさなのか、仮にプランク長さを1メートルとすると、原子や分子程度の大きさを示す1ナノメートル(100万分の1ミリメートル)が100億光年と宇宙規模の大きさになってしまう。それほど小さいのだ。
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2つの物体の間に働く重力は、その距離が10分の1になると、3次元空間では距離の2乗に反比例(逆2乗則)するので100倍になる。これが、余剰次元の内の1つが広がって4次元空間になっているとすると1000倍になる。さらに、もう1つが広がって5次元空間になっているとすると、10000倍になる。数字的に考えると、n次元空間では重力は「n-1」乗に反比例するからだ。つまり、空間次元が増えれば、距離が短くなるにつれ、重力は桁違いいに大きくなり、他の3つの力とあまり違いがなくなる可能性が高い。ADDモデル(大きな余剰次元、Arkani-Hamed, Dimopoulos, Dvali)では、余剰次元の2つがミリメートル程度まで広がっているとすると、重力の弱さを矛盾なく説明できるとしている。
このように、余剰次元のいくつかの広がりは、素粒子物理学の難題、「重力を含めた力の統一」を解決に導くものだ。ADDモデルではその広がりについて、大きい場合はミリメートル単位としているが、これに根拠はない。

余剰次元の存在をどうやって知るか

ひとつの方法は、最近ヒッグス粒子の発見で名をとどろかせた、欧州原子核研究機構(CERN)の加速器LHCを使う観測実験だ。LHCは2013年から衝突エネルギーの増強をはかっており、最終的には14TeV(テラ電子ボルト)になる。もし余剰次元がある程度広がっていれば、新生LHCの実験でミニブラックホールの生成を観測できるかもしれない。ミニブラックホールはすぐに蒸発し、この世に何の影響も及ぼさないので心配はないが、その痕跡を膨大な雑音信号から探し出すのは非常に難しい。
また、4つの力(電磁気力、弱い力、強い力、重力)のうち、重力だけがこの4次元空間にとどまらず、他の次元に流れ出ることができると超弦理論では考えられている。だとすれば、重力が他の次元に漏れてしまい、エネルギー保存則が成立しないといった現象がみつかるかもしれない。さらに、新しい粒子、「カルツァ-クライン粒子」をLHCで捕まえることができるかもしれない。これは広がっている余剰次元の方向に振動する小さな弦の表れだ。
もうひとつの方法は、非常に近接している2個の物体間に働く重力を直接測ることだ。こういうと、「なんだ、そんな単純なことか」と思うかもしれないが、これが大変なのだ。
ニュートン万有引力を発見してから約350年、この間、人類は遠く離れた物体の間に働く重力に関しては、測定の精度をめざましく向上させてきた。たとえば、月と地球の間の重力は、10-11という高精度で距離で逆2乗則に合致していることが明らかになっている。

極小距離での超精密な重力測定に挑む

まったく新しい方法で、なんと原子サイズの1000分の1という極小距離間の逆2乗則がどうなっているのかを検出しようとしているグループが日本にある。立教大学の村田次郎教授たちだ。
この極小距離をねらう新たな実験方法では、原子核を重力源に、電子をジャイロスコープに見立てる。負の電荷を持つ電子は、電磁気力によって正の電荷を持つ原子核に引き寄せられ、まわりをぐるりと回ってきた方向に戻る。このとき、余剰次元が原子の大きさにまで広がっていれば、原子核のまわりの重力の強さは逆2乗則の場合より強くなり、時空の歪みが大きくなる。その結果、電子のスピン(自転)の向きが通常より大きくずれる。このずれを高精度で測定しようというのだ。重力が周囲の時空を歪ませるのは、一般相対論の根幹だ。

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どうでもいい、じじぃの日記。
異次元の存在をどうやって知るか?
ミニブラックホールはお釈迦さま(異次元)につながる通路かもしれないそうです。
夢の中に、お花畑と通路が見えてきました。