寻找暗物质粒子研究升温

来源:马克·斯通

寻找一种叫做轴子的微小粒子的工作现在正如火如荼地进行着。这些粒子可能构成暗物质，正是后者的引力阻止了星系的分裂。

物理学家在4月9日的《物理评论快报》上报道说，位于西雅图的华盛顿大学的轴突暗物质实验(ADMX)最终达到了探测轴子所需的灵敏度，前提是它们确实构成了暗物质。

然而，研究人员并不确切知道纺锤的重量，他们可能需要数年时间来扫描可能的质量范围。

轴突是假设的粒子，由科学家在41年前提出来解决强核力理论中的一个问题。强大的核力结合称为夸克的粒子，形成质子和中子。

然而，轴子可能有双重功能，也就是说，它们也可以用于暗物质——宇宙学研究表明，暗物质占所有物质的85%。

到目前为止，暗物质只是通过它的重力来揭示它自己，所以物理学研究中最大的谜团之一就是组成暗物质的粒子到底是什么。

如果暗物质由四处漂浮的轴子组成，那么理论上物理学家应该能够用足够强的磁场和非常灵敏的无线电发射器探测到它们。

磁场将轴子转化为光子，轴子非常轻，因此这些光子的无线电频率将非常低，并且应该以独特的频率提供超弱无线电波。

在物理学家的这项新研究结果中，ADMX的研究人员排除了轴子在2.66微电子伏特(MeV)到2.82电子伏特(约为电子质量的20百万分之一)范围内的可能性。

物理学家认为，如果暗物质只由轴子组成，那么这些粒子的质量必须在1兆电子伏到100兆电子伏之间。因此，ADMX的研究人员现在将把他们精心设计的无线电天线的频率提高到尽可能高的水平——大约40兆电子伏。

轴突是粒子物理学、天体粒子物理学和凝聚态物理预言“存在”的亚原子粒子。它们是正负电子碰撞后的“次级”粒子。它们是极化的新粒子，由于玻色子能级的“衍射+辐射”能量损失而“逃逸”。轴突粒子作线性转换角动量运动，能量轴沿“一维时间空间”延伸。

暗物质是一种可能存在于宇宙中的无形物质。它可能是宇宙物质的主要成分，但它不属于任何目前已知的构成可见天体的物质。

在大量天文观测中发现的怀疑违反牛顿万有引力的现象可以在暗物质存在的前提下得到很好的解释。现代天文学通过天体运动、引力透镜效应、宇宙大尺度结构的形成、微波背景辐射等观测结果表明，暗物质可能大量存在于星系、星系团和宇宙中。，它的质量远远大于宇宙中所有可见天体的质量总和。结合宇宙微波背景辐射的各向异性观测和标准宇宙学模型，可以确定暗物质占宇宙所有物质总质量的85%。(赵茜·Xi)

中国科学新闻(2018-04-11第二版国际版)