碰撞彭罗斯过程的高效率要求重粒子产生

如果两个粒子在极端克尔黑洞的事件视界附近碰撞，它们的质心能量可以任意大，这被称为 Ba$\rm \tilde n$ados-Silk-West (BSW) 效应。我们考虑两个从无穷远出发并沿赤道面测地线运动的此类高能粒子碰撞，研究这种高能粒子碰撞中的能量提取以及赤道面内粒子的产生。我们分析表明，一方面，如果产生的粒子与碰撞粒子质量相当，则能量提取效率上限约为 $2.19$。另一方面，如果高能碰撞的结果是产生一个非常重的粒子，该粒子具有负能量并必然落入黑洞，则能量提取效率的上限提高到 $(2+\sqrt{3})^2 \simeq 13.9$。因此，通常高达 10 的较高能量提取效率，为重粒子的产生提供了有力证据。