暗物質獵手正在搜索軸子試圖解開宇宙膨脹之謎
當科學家們仰望天空時,他們一直看到恆星和星系在各個方向上離我們的星球越來越遠,彼此之間也越來越遠。宇宙看起來就像一個吹起來的泡泡,我們知道它在膨脹。但是有些事情是說不通的。
空間似乎沒有足夠的東西漂浮在其中讓它如此迅速地膨脹起來。換句話說,宇宙膨脹的速度比我們的物理學說的要快得多。據專家們的最佳計算,星系的旋轉速度快得令人難以置信,因為所有的東西都在飛速旋轉,我們期望這些螺旋體的行為就像失控的旋轉木馬,把金屬馬甩出去。宇宙中似乎沒有足夠的東西將它們固定在一起。然而,銀河係並沒有漂移開來。
物理學家稱”缺失”的東西將宇宙向外推,而將星系固定在一起的部分大概是為暗物質。兩者都不與光或我們能看到的物質相互作用,所以它們基本上是不可見的。暗物質和暗能量加起來佔了宇宙的95%。最近發表在《科學進展》雜誌上的一篇評論文章的作者在談到暗物質表示,它很可能由一種或多種類型的基本粒子組成。
暗物質是完全難以捉摸的。但是為了解開它的秘密,科學家們已經從宇宙的陣容中挑選出了一些嫌疑人,而且到目前為止,最受歡迎的粒子是一個奇怪的小斑點,叫做軸子。自從科學家們開始獵取軸子以來,已經過去了40年。這些搜索中的大多數主要是利用行動場與電磁場的相互作用。例如,歐洲核子研究中心開發了軸子搜索望遠鏡,這台機器是為了尋找太陽核心中產生的粒子的一絲痕跡而建造的。在我們的恆星內部,有強大的電場,有可能與軸子相互作用。
現在,科學家們仍在尋找它們,同時假設質量的範圍非常廣泛。然而,最近,研究人員提供的證據表明,該粒子可能在40至180微電子伏特之間。那是難以想像的小,大約是一個電子質量的10億分之一。由於與標準模型粒子和場的耦合非常弱,軸子信號預計將非常狹窄,而且極其微弱。從本質上講,即使微不足道的軸子盡力向我們發出它們存在的信號,我們也可能錯過它們。它們的提示可能非常弱,我們幾乎注意不到。
儘管有這些障礙,軸子的搜尋工作仍在進行。大多數科學家認為,它們一定存在於某個地方。