旋转粒子 BSW 机制的普适性

Bañados 等人（BSW）发现 Kerr 黑洞可作为粒子加速器，其质心能量在碰撞中可任意高。近来，一些旋转黑洞周围具有自旋的粒子碰撞已被讨论。本文中，我们使用描述一般旋转黑洞的度量 ansatz 研究旋转粒子的 BSW 机制。我们注意到对于旋转粒子存在两种不等价的质心（CM）能量定义。我们主要讨论依据粒子世界线定义的 CM 能量。我们证明存在能量-角动量关系 $e = \Omega_h j$，导致在近极端黑洞处发生任意高能量的碰撞。我们还提供了一个简单但严谨的证明：BSW 机制在非极端黑洞处失效。对于 CM 能量的另一种定义，一些作者发现了一种新的临界自旋关系，同样引起 CM 质量的发散。然而，通过检验类时约束，我们证明具有此临界自旋的粒子无法到达黑洞视界。进一步的数值计算表明此类粒子在视界外任何地方均无法存在。我们的结果具有普适性，与 underlying 引力理论无关。