據最新消息,一組物理學家宣佈,他們已經完成了第一次探測到軸子的工作,並宣佈了“軸子”的第一個直接證據!到底什麼是軸子?
軸子軸子是未經證實的、理論上的超輕粒子,超脫於描述亞原子粒子行為的粒子物理學標準模型之外。理論物理學家在20世紀70年代首次提出軸子的存在,是為瞭解決控制強力的數學問題,強力將稱為誇克的粒子結合在一起。但是軸子已經成為暗物質的普遍解釋,暗物質佔宇宙質量的85%,人類從未探測過它的存在。
東京大學的物理學家馬滕斯說,他們無法解釋宇宙中大部分缺失的質量,因為無法判斷軸子和暗物質之間的關係,這些軸子的行為不像物理學家認為的充滿星系周圍光環的“冷暗物質”。它們就像是新進入太陽內部的粒子,而外面的大部分冷暗物質似乎自早期宇宙以來已經存在了數十億年都沒有改變。儘管已經收集了兩年的數據,但是科學家到現在也不確定是否檢測到了軸子。但與物理學宣佈發現新粒子的性質相比,信號的暗示仍然很微弱。不過,信號確實存在。它出現在一個3.5噸液態氙的地下暗箱中,氙氣實驗是在意大利格蘭薩索國家實驗室進行的,研究人員對一些理論進行了測試,發現從太陽中流出的軸子最有可能解釋他們的結果。
新罕布什爾大學(University of New Hampshire)的物理學家錢達•普雷斯科特•溫斯坦(Chanda Prescod Weinstein)表示:“如果這一點得到證實,這將是我發現宇宙加速以來物理學領域最大改變者。”這些地下暗箱中的氙氣可以屏蔽在地下的大多數輻射源,只有少數的粒子(包括暗物質)可能會進入容器,並與內部液體中的原子碰撞,造成閃光。這些閃光是粒子相互作用的結果。儘管實驗室有地下屏蔽,但各種各樣的粒子仍在那裡向下移動,比根據已知粒子物理學預測的還要多,這就證明了一點:新粒子的存在。這是氙探測器第一次真正探測到在低能量範圍內的過剩活動,這與物理學家在太陽軸子確實存在時的預期相符。到目前為止,氙的結果已經部分排除了另一種暗物質候選者,即“弱相互作用的質量粒子”(WIMPS)。儘管WIMP多年來一直是佔主導地位的暗物質(暗物質)候選者,但軸子已經存在了大約同樣長的時間,近年來,尋找軸子的實驗激增,並且答案越來越向軸子靠近。
因此,如果得到證實,軸子探測將與暗物質研究的最新進展完全吻合。但是還有一個問題就是:可能存在一些以前未經考慮的背景來源,例如,某些放射源可能以模仿太陽軸子與液態氙相互作用的預期模式的方式觸發了氙氣的傳感器,引起錯誤檢測。但是馬滕斯認為,相對於太陽軸子本身,隨機背景輻射產生信號的可能性約為萬分之二。通常,物理學家只在結果達到5西格瑪顯著性時才宣佈“發現”一個新粒子,這意味著信號由隨機波動產生的幾率為350萬分之一。除了軸子,中微子也有可能與磁場發生強烈的相互作用。中微子是來自太陽的微弱的已知粒子,也會流經地球。根據氙合作組織的一份聲明,中微子可以解釋他們看到的信號。但是專家表示,即使中微子解釋了氙的結果,粒子物理的標準模型也必須重新排列,以解釋中微子的意外行為。當然,目前軸子的出現仍然是對物理界的一大鼓舞,但是不可否認,人類對這一切仍然停留在最初的研究表層,還有很長的路要走。