尋找暗物質粒子研究升溫

圖片來源：Mark Stone

對一種被稱為軸子的微小粒子的探尋如今正在如火如荼地進行。這種粒子可能構成了暗物質，而正是後者的引力阻止了星系的分崩離析。

物理學家在4月9日出版的《物理評論快報》上報告稱，美國西雅圖市華盛頓大學的軸子暗物質實驗（ADMX）終於達到了探測軸子所需的靈敏度，前提是如果它們真的構成了暗物質。

然而，研究人員並不知道軸子的重量到底有多少，並且他們可能需要數年時間才能夠掃描完可能的質量範圍。

軸子是一種假設的粒子，它於41年前被科學家提出，用來解決強核力理論中的一個問題。強核力將被稱為夸克的粒子結合在一起，從而形成了質子和中子。

然而，軸子可能具備雙重功能，即同時還可供暗物質使用——宇宙論研究顯示，暗物質占所有物質的85%。

到目前為止，暗物質僅僅通過它的引力揭示其自身，所以物理學研究的最大謎團之一就是構成暗物質的粒子到底是什麼。

如果暗物質由漂浮在周圍的軸子組成，那麼從理論上說，物理學家應該能夠用一個足夠強大的磁場以及一部非常靈敏的無線電發射器探測到它們。

磁場會把軸子轉換成光子，並且軸子的重量非常輕，因此這些光子的無線電頻率將會非常低，而且應該在一個獨特的頻率上提供超微弱的無線電波。

在物理學家的這項新研究成果中，ADMX的研究人員在2.66微電子伏特（MeV）到2.82MeV（大約是電子質量的20百萬兆分之一）的範圍內排除了軸子存在的可能性。

物理學家認為，如果暗物質僅僅是由軸子組成的，那麼這種粒子的質量必須在1MeV和100MeV之間。因此，ADMX的研究人員現在將把他們精心設計的無線電天線的頻率儘可能地向上提升——調至大約40MeV。

軸子是粒子物理與天體粒子物理和凝聚態物理預言「存在」的一種亞原子粒子，是正負電子對撞後的一種「次級」粒子，是在玻色子能級的「衍射+輻射」能量丟失「逃逸」的極化新粒子。軸子粒子以一種能量軸線延「一維度時間空間」做線性躍遷角動量運動。

暗物質是理論上提出的可能存在於宇宙中的一種不可見的物質，它可能是宇宙物質的主要組成部分，但又不屬於構成可見天體的任何一種目前已知的物質。

大量天文學觀測中發現的疑似違反牛頓萬有引力的現象可以在假設暗物質存在的前提下得到很好的解釋。現代天文學通過天體的運動、引力透鏡效應、宇宙的大尺度結構的形成、微波背景輻射等觀測結果表明暗物質可能大量存在於星系、星團及宇宙中，其質量遠大於宇宙中全部可見天體的質量總和。結合宇宙中微波背景輻射各向異性觀測和標準宇宙學模型可確定宇宙中暗物質佔全部物質總質量的85%。（趙熙熙）

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