碰撞 Penrose 过程效率的一致性解析方法

我们提出了一种一致性解析方法，用于研究极大旋转 Kerr 黑洞附近的碰撞 Penrose 过程的效率。我们关注质心能量任意高的碰撞，当任一碰撞粒子的角动量被精细调节至进入视界的临界值时，就会发生这种碰撞。我们证明，如果被精细调节的粒子在碰撞时是向内运动的，效率的上限为 $(2+\sqrt{3})(2-\sqrt{2})\simeq 2.186$；而如果被精细调节的粒子在碰撞前被反弹回，效率的上限为 $(2+\sqrt{3})^{2}\simeq 13.93$。尽管早先有相反的声称，如果被精细调节的粒子具有质量且在无穷远处由静止开始，前者可以通过逆 Compton 散射实现；而如果被精细调节的粒子是无质量的或在无穷远处是高度相对论性的，后者可以通过多种粒子反应实现，例如逆 Compton 散射和粒子对湮灭。我们讨论了本文分析与先前分析之间的差异。