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科学家已经测出暗物质占据了宇宙中总物质的85%、总质量的四分之一，它们维系着星系的运转程稳定。物质究竟是什么东西？这是宇宙组成的根本性问题，天文学界至今也没有明确的答案。  二十世纪八十年代，暗物质是新型粒子的一种的观点被逐步接受。科学界一直有两种关于暗物质粒子候选者主流的观点：1.认为暗物质是一种被称为轴子的极其轻微的粒子；2.这些理论预测了一种重量相当于质子的100到1000倍的不带电中性粒子。下边就是一些暗物质的“候选者”：     其中最为盛行的理论是弱相互作用大质量粒子（WIMP），指出暗物质是一类可以参与弱相互作用，静止时的质量超过1GeV的大质量粒子。WIMP理论深受物理学家们欢迎的一个很重要原因是，它可以更好地解释观测到的暗物质密度。 各国物理学家已经做了不少尝试搜寻这类粒子。中国“悟空”号暗物质探测卫星，就是在超过10GeV的能段里寻找异常的伽马射线信号——这样的信号，有可能来自WIMP之间的碰撞。除了太空中的探测器之外，寻找暗物质粒子还有另一条思路，在地下深处安装探测装置。几百乃至上千米厚的岩层可以很好的隔绝大多数宇宙线干扰，从而尽可能避免噪音对实验的影响，而暗物质粒子却不受影响，能顺利通过。  XENON实验 6月18日位于意大利格兰萨索地下实验室，全世界最灵敏暗物质实验XENON1T（“氙一吨”）公布观测到了来源不明的意外结果，推测可能是一种被称作“轴子”（Axion）的新的粒子。 “轴子”概念于上世纪70年代，提出的目的是解决强相互作用中的CP（电荷-宇称）不对称性问题。80年代中期理论研究发现，宇宙大爆炸能够产生足以构成暗物质的轴子。从此轴子也成为暗物质的有力候选粒子。 轴子的质量要比WIMP低得多，只有1μeV~1meV。所以适用于WIMP的探测手段，自然不能直接照搬到轴子身上。因为轴子真的太轻了，它们撞上氙原子就如同蚂蚁撼大树，绝对不会掀起任何的波澜。但是氙的电子却是很合适的撞击标靶——轴子与电子可以发生弹性碰撞，带给电子动能，产生可探测的闪光。 研究团队在2016-2018年间，在24keV的能段上收集了装置中的闪光。他们在两年内共看见了285次闪光信号。只不过这些信号中的大多数都是可以合理解释的。建在地下深处的装置虽然可以屏蔽地面以上的很多干扰，但少量的放射性铅、氪等同位素的背景噪音仍然可以进入装置中，并与氙原子发生碰撞。幸好研究人员可以分辨出这些噪音信号，285个信号中有232个来自背景噪音。那么其余的53个信号，是什么东西？  XENON探测器内部 可能性最高也是最令人兴奋的解释就是，这些信号是由暗物质粒子——轴子发射过来的。不过，这些轴子并不是形成于宇宙大爆炸之初，而是由我们的太阳产生。虽然这不能直接解释宇宙中缺失的部分质量，但是这样的结论同样让人足够震撼：如果太阳轴子得到证实的话，那么意味着源自大爆炸过程的轴子必然同样存在，这是人类历史上第一次发现暗物质粒子。 世界太大，我们知道的依然太少。 |
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