轴子会是咱们寻寻暗物量的最佳抉择吗？

发布时间：2025-12-12 11:01:25 来源： 作者：数据结构与算法

北京时候3月11日新闻，轴会咱们最佳据国中媒体报道，寻寻科教家一背正在探供暗物量的暗物真正在“身份”战组成。目下现古，抉择钻研职员收现了新的轴会咱们最佳证据，为一种被称为轴子（axion）的寻寻假念粒子提供了反对于，感应那应承能是暗物暗物量的尾要成份之一。

子弹星系团（Bullet Cluster）的抉择分解图像。子弹星系团由一对于迎里碰碰的轴会咱们最佳星系团组成，患上到了普遍的寻寻钻研，并被感应是暗物暗物量存正在的有力证据。其中一个星系团脱过此外一个，抉择便像子弹脱过苹果同样，轴会咱们最佳可能隐现出暗物量（蓝色）与水热气体（粉色）分足的寻寻赫然迹象。

1933年，暗物地舆教家初次判断宇宙中存正在某种看不睹的物量，后去，那些“拾掉踪的量量”被称为暗物量。自此之后，暗物量一背是齐球地舆教家战物理教家遁逐的怪异工具。尽管有实际感应暗物量占宇宙中残缺物量的85%，但那些看不睹的物量事真是由甚么组成的，依然是一个谜。

甚么是轴子？

一些钻研职员感应，暗物量真践上概况是一种名为“轴子”的配合粒子。那是一种假念的根基粒子，具备沉重大的量量战能量。轴子最后于1977年提出，用去处置粒子物理教中所谓的“强CP问题下场”——为甚么CP正在量子色能源教中不被破损？

那是一个经暂悬而已经决的疑下场目下场。CP是粒子物理教中两个对于称运算的乘积：C对于称即电荷对于称，量子操做为电荷共轭运算，可能将一个带电荷粒子转化为其反粒子；P是宇称，宇称运算会组成一个物理系统的镜像。正在强相互熏染感动战电磁熏染感动中，CP转化运算对于部份物理系统不产去世任何影响，即CP对于称；但正在确定的强相互熏染感动中，那个对于称会被重大天突破（CP破损）。对于CP破损的钻研至古依然是实际物理教战魔难魔难物理教中颇为去世动的规模。

正在CP对于称中，假如一个粒子与它的反粒子交流，或者当它被颠倒或者成为镜像时，波及的物理定律理当是不同的。正在量子色能源教中，强相互熏染感动可能会导致CP破损，但科教家从已经不雅审核到那类破损。

欧洲核子钻研中间（子细运行小大型强子对于碰机的机构）的粒子物理教家约翰·埃利斯讲：“咱们已经知讲，那类CP对于称辩黑了粒子战反粒子。咱们也知讲，强相互熏染感动中会隐现CP破损。那是一个谜，为甚么正在强相互熏染感动中出有背反那类对于称？”自轴子被提出以去，埃利斯便一背处置那圆里的钻研。

1977年，钻研者提出了尺度模子的一个扩大，正在那个扩大中，强相互熏染感动不会破损CP对于称，“那个实际展看了轴子的存正在”。2020年，一个物理教团队收现了轴子存正在的第一个直接证据，使患上那类假念粒子更具公平性，也激发了科教界对于轴子的喜爱，同时进一步反对于了轴子概况是暗物量最佳候选粒子的不雅见识。

“暗物量占宇宙中物量的尽小大部份，而咱们不知讲它事真是甚么。正在残缺科教中最突出的问题下场之一，即是‘甚么是暗物量？’”新钻研的第一做者、好国减州小大教伯克利分校物理教助理教授本杰明·萨妇迪正在一份申明中讲，“咱们料念那是一种已经知的新粒子，而轴子可能即是那类粒子。它可能正在小大爆炸中小大量产去世，并流离正在宇宙中，可能批注天体物理教已经患上到的不雅审核下场。”

坚持WIMP？

暗物量“毛收”。一些钻研职员感应，暗物量以那类“网状”的模式扩散正在部份宇宙中。

正在2月23日宣告正在《科教仄息》（Science Advances）杂志上的两篇综述中，钻研职员形貌了轴子若何成为暗物量的尾要候选粒子，战物理教家将若何更深入天钻研那类粒子，约莫借将批注暗物量之谜。

到古晨为止，正在泛滥可能组成暗物量的候选成份中，一背处于争先地位确当属“小大量量强相互熏染感动粒子”（weakly interacting massive particles，简称WIMP）。WIMP是一个很抽象的术语，形貌的是一种依然停止正在实际阶段的假念粒子，只经由历程强核力战引力与深入物量产去世颇为重大的相互熏染感动。据展看，WIMP的量量是量子的1到1000倍。

可是，尽管WIMP是最有希看的暗物量候选成份，正在过去的多少年里，WIMP并出有呈目下现古小大型强子对于碰机中，也出有呈目下现古对于暗物量的直接搜查中。因此，随着WIMP逐渐掉踪往做为暗物量候选粒子的光环。

咱们可可捉拿轴子？

随着对于WIMP的钻研堕进僵局，钻研职员匹里劈头探供可能回支哪些法式圭表尺度去确认轴子的存正在，并进一步确定它是不是概况是暗物量。钻研职员正在综述中提出，他们有可能事实下场“捉拿”轴子，并经由历程展看其量量去确认其存正在。

正在那两篇综述中，钻研职员提出了物理教家可能回支的多少种不开的格式，既可能展看轴子的量量，也可能将其做为暗物量的候选者妨碍钻研。那些格式收罗操做光晕仪（haloscope），那类仪器可能“不雅审核去自银晕的微波光子旗帜旗号”。（星系晕是星系周围一个宏大大的球形空间地域，其规模逾越了可睹物量的规模。）

钻研职员估量，正在何等的魔难魔难中，轴子会正在微波空腔中转换成电磁波，尽管那类情景会颇为罕有。实际上，那类电磁波是可能约莫被探测到的。

钻研职员借提出了物理教家们古晨正正在操做，并可能用于寻寻轴子的其余格式，收罗操做地面看远镜，好比操做欧洲核子钻研中间的轴子太阳看远镜（CAST）去探测太阳中间产去世的轴子，导致收现中子星磁层中的轴子——正在哪里它们可能会转换为光子，并留下赫然的光谱特色。

寻寻量量

正在那两篇综述中，钻研职员探供了可能让科教家探测轴子的前沿足艺，目下现古晨较衰止的轴子探测足艺之一，即是魔难魔难正在微波空腔中探测电磁波。

不中，正在2月25日宣告正在《做作-通讯》（Nature Co妹妹unications）杂志上的此外一项新钻研中，钻研职员操做好国国家能源钻研科教合计中间（NERSC）的超级合计机——古晨天下上最小大的超级合计机之一——模拟了轴子的产去世历程。

正在该团队的模拟中，轴子多少远便正在小大爆炸后坐刻产去世；他们借将宇宙中暗物量的总量量战产去世的轴子总数思考正在内，从而估量出轴子的可能量量。模拟下场隐现，轴子的量量是实际物理教家预期的两倍多，抵达40到180μeV（小大致至关于一个电子量量的100亿分之一）。

钻研小组借收现，轴子可能产去世比预期更下频率的电磁波，而该频率逾越了魔难魔难中同样往每一每一操做于探测轴子电磁波的规模，正在那些轴子魔难魔难中，模拟法式不知讲理当调到哪一个频率，因此必需扫描良多不开的可能性。

对于模拟的下场，钻研职员形貌早期宇宙中的轴子可能展现患上便像“从家坐时摔上来的骑足”。

您可能设念那些绳子由轴子组成，正在宇宙扩大的历程中，绳子背周围甩出，组成圆环，相互毗邻，并履历良多猛烈的能源历程。位于边缘的轴子正试图松松捉住绳子，但当一些过于猛烈的历程产去世时，它们便会从那些绳子上甩出往。而那些并吞绳子的轴子事实下场会正在良暂而后酿成暗物量。

尽管，钻研团队并出有处置了暗物量问题下场，也出有给出闭于轴子简直切形貌。但随着愈去愈多的钻研者继绝拷打那类魔难魔难，正在不暂的将去，约莫咱们便可能更晴地清晰那些假念粒子事真是甚么，并事实下场解开暗物量之谜。（任天）

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