寻找难以捉摸的轴子达到了临界质量

ADMX 实验，用于寻找轴子，被提取进行维护。

被称为轴子的理论粒子可能是科学家解释暗物质的最佳选择——暗物质是一种难以捉摸的物质，占宇宙中所有物质的 85%，几乎不与我们的“常规”物质相互作用。两个新的评论显示了这个粒子是如何在近年来从亚军变成聚光灯的。报道称，围绕暗物质的理论已经发展到使这些粒子更有说服力。他们还探索科学家如何能够探测到轴子。

如果轴子是暗物质，那么“现在有轴子穿过你”，但你不会注意到，因为它们几乎没有相互作用，领导该理论评论的英国杜伦大学物理学家Francesca Chadha-Day说。她还在TOORAD工作，这是一个轴子探测器合作项目。

说，当她十年前开始研究轴子时，它们更像是一种边缘暗物质候选者。它们变得更加突出，这在很大程度上是由于她所说的“大型强子对撞机或任何暗物质探测器的失败”几十年来未能找到暗物质的青睐解释，即所谓的弱相互作用大质量粒子（WIMPS）。

两者都是难以发现的理论亚原子粒子。那么轴子和WIMPS有什么区别呢？

华盛顿大学轴子暗物质实验(ADMX)的物理学家和发言人Gray Rybka说，WIMPS 的体积更大——它们是大而重的中性粒子，有点像重原子的中心。没有参与任何审查。

相比之下，轴子的质量更小，甚至比已知的最轻的中微子粒子还要轻。由于如此轻巧，他们的行为很奇怪。

“关于轴子的有趣之处在于，轴子暗物质的行为更像是一种覆盖整个宇宙的场”，而不是单个粒子四处移动，Chadha-Day 说。

每个物体都有所谓的波粒二象性——这意味着事物在某种程度上像波，在某种程度上像粒子。例如，像电子这样的微小物体可以像粒子一样发挥作用——穿过太空并与台球等其他粒子发生碰撞。但它也可以像波浪一样发挥作用——与其他波浪相结合，而不是一次确定地存在于任何一个地方。但物体越重，这种效果就越不明显——它的作用越像粒子。作为这种波动性质的一部分，轴子在被磁场包围时应该与光发生微弱的相互作用。如果它们存在，轴子可以转化为光子，光子是光的粒子，而光子又可以转化为轴子。

Rybka 说，理论回顾是“对思想走向的一个很好的总结”。Rybka 说，几十年前，WIMPS 和轴子大约在同一时间被提出来作为暗物质的解释。它们不是暗物质的唯一候选者，但它们是最突出的。

“当时，社区最喜欢 WIMPS”，因为使用现有技术更容易找到它们，Rybka 说。在寻找 WIMPS 三年但一无所获之后，“有些人已经厌倦了这个想法。”

弦理论预测应该存在轴子，作为平衡宇宙中物质和反物质之谜的解决方案。

对轴子越来越感兴趣的部分原因是研究人员现在拥有了寻找它们的技术。Rybka 说，“关于如何建立实验来寻找 [轴子] 的想法不断涌现”。在过去的几年里，科学家们已经从设计实验来探测粒子，到“在我们认为有很大发现机会的地方进行搜索”。

到目前为止，像 ADMX 这样的实验已经试图通过建立一个具有强磁场和特定尺寸的腔室来检测轴子，以便它与一定质量的轴子产生共振。这有点像两种不同大小的乐器——小提琴和大提琴——在拾取更高或更低音高的不同环境声音时会发出嗡嗡声。Chadha-Day 说，这种共振会导致更多的轴子在空腔中变成光子，而极其灵敏的探测器会检测到它们。

ADMX 仅对可能质量范围较窄的轴子敏感。然而，Chadha-Day 说，实验家已经想到了制造探测器的巧妙方法，这些探测器可以探测到更广泛的轴子质量。这很重要，因为“宇宙没有理由对我们好”并使轴子成为易于搜索的质量，她说。

天文学家还可以通过观察两个拥有磁场的关键位置来观察太空中的轴子：星系团和中子星。轴子会改变掉入星系中心黑洞的物质的光谱。它们还会导致中子星在无线电频率中发出比预期更多的光。

如果这些正在进行和即将进行的实验没有在科学家期望的地方找到轴子，理论家将不得不重新设计。但如果检测到轴子，Rybka 最后说，“我们将知道暗物质是什么。”