中微子、暗物質(zhì)、黑洞和霍金輻射——這些令人稱奇的概念，在一項(xiàng)最近發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》的研究中，被緊密聯(lián)系在了一起。

這項(xiàng)研究要從常被稱為“幽靈粒子”的中微子說起。

中微子是宇宙中的一種基本粒子，它們幾乎不與物質(zhì)相互作用，可以毫無阻礙地穿過地球。為了捕捉它們，科學(xué)家在世界各地建造了巨型探測(cè)器，比如位于地下深處的江門中微子實(shí)驗(yàn)，南極冰層之下的IceCube，以及地中海深處的KM3NeT。

絕大多數(shù)從外太空抵達(dá)地球的中微子能量都比較低，但近年來，IceCube 和 KM3NeT探測(cè)到了少數(shù)能量高達(dá)1-100PeV的中微子。今年2月，KM3NeT甚至報(bào)告探測(cè)到了一個(gè)220PeV的中微子，突破了所有此前的觀測(cè)紀(jì)錄。

但問題隨之而來：如此極端能量的中微子是如何產(chǎn)生的？已知的天體“加速器”，如超新星爆炸、伽馬射線暴等，都難以解釋這些事件。

在最新的研究中，物理學(xué)家提出了一個(gè)引人入勝的可能性：這些中微子可能源自原初黑洞。

目前，天文學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了許多由恒星坍縮形成的恒星級(jí)黑洞，以及拍攝到了星系中心的超大質(zhì)量黑洞的視覺證據(jù)。但理論上，在宇宙大爆炸的第一秒，極端致密的物質(zhì)甚至可以直接坍縮形成原初黑洞。

與其他類型的黑洞一樣，原初黑洞會(huì)通過霍金輻射不斷蒸發(fā)。它們的壽命與其質(zhì)量的三次方成正比：大黑洞壽命極長，而小黑洞則會(huì)在宇宙演化中逐漸蒸發(fā)殆盡。

黑洞溫度與質(zhì)量成反比，所以當(dāng)黑洞逐漸失去質(zhì)量，溫度就會(huì)越高，釋放出的粒子能量也越強(qiáng)。當(dāng)黑洞進(jìn)入生命最后階段時(shí)，蒸發(fā)會(huì)在極短時(shí)間內(nèi)加速，最終發(fā)生一次劇烈爆發(fā)，釋放出包括特高能中微子在內(nèi)的各種粒子。

在這項(xiàng)研究中，物理學(xué)家假設(shè)原初黑洞不僅存在，還可能構(gòu)成暗物質(zhì)的重要組成部分。這樣一來，它們就會(huì)分布在銀河系的暗物質(zhì)暈中。其中一小部分質(zhì)量較低的原初黑洞，如今已進(jìn)入蒸發(fā)的最后階段。

結(jié)果顯示，原初黑洞的爆炸既能解釋為什么IceCube和KM3NeT僅捕捉到極少數(shù)超高能中微子事件，也能解釋它們的能量為何如此之高。而KM3NeT捕捉到220PeV事件，則可能是一例罕見的近距離爆發(fā)。

若這個(gè)假說成立，那么未來探測(cè)到的高能中微子在空間分布上應(yīng)有特定偏好——它們更有可能來自銀河系中心，因?yàn)槟抢锏陌滴镔|(zhì)密度最高。

如果這一假說得到驗(yàn)證，不僅揭示了特高能中微子的起源，還將為原初黑洞和霍金輻射提供證據(jù)，甚至幫助我們理解暗物質(zhì)的本質(zhì)。