碰撞彭罗斯过程的最大效率

在碰撞彭罗斯过程（发生于克尔黑洞能层内的碰撞）中，质心（CM）能量在适当的极端条件（极端克尔、近视界碰撞以及合适的碰撞参数）下可能发散。我们给出了质心能量的解析表达式，改进了文献中的表达式。尽管质心能量发散，我们表明，逃离黑洞引力并到达无穷远的粒子所能获得的最大能量是适度的。我们得到了由碰撞彭罗斯过程产生的逃逸粒子能量的解析表达式，并将其应用于推导若干物理情景下的最大能量与最大效率：粒子对湮灭、康普顿散射以及两个有质量粒子的弹性散射。在所有物理上合理的情形中（入射粒子最初从无穷远落向黑洞），最大能量（及相应效率）仅比入射粒子的静质量能量大一个数量级。所发现的最大效率约为13.92，它出现在有质量粒子散射出射无质量粒子的过程中。