對恆星和星系的軌道進行的宇宙學觀察表明，作用於天體之間的引力不能用我們能看到的可見物質完全解釋。這表明，可能有另一種未知的物質影響著星系的運動和發展。1933年，瑞士物理學家和天文學家弗里茨-茨威基提出了暗物質的存在，這是一種不直接可見的物質，但可以通過其引力效應被探測到。

據信，它佔宇宙質量的85%左右，由大約五倍於我們所熟悉的可見物質的質量組成。

伯爾尼實驗室的部分實驗設備和博士生Ivo Schulthess

最近，在伯爾尼大學阿爾伯特-愛因斯坦基礎物理中心（AEC）開發的一項精密實驗之後，一個國際研究小組成功地大大縮小了暗物質存在的範圍。擁有100多名成員的AEC是粒子物理學領域領先的國際研究組織之一。由伯爾尼領導的團隊的研究結果最近發表在備受矚目的《物理評論快報》上。

圍繞暗物質的謎團

AEC的博士生、該研究的主要作者Ivo Schulthess解釋說：”暗物質實際上是由什麼構成的，現在還完全不清楚。然而，可以肯定的是，它不是由構成恆星、地球或我們人類的相同粒子構成的。在世界範圍內，越來越敏感的實驗和方法被用來尋找可能的暗物質粒子–然而，直到現在還沒有成功。”

Ivo Schulthess，伯爾尼大學阿爾伯特-愛因斯坦基礎物理中心（AEC）的博士生

某些假設的基本粒子，即軸子，是一類有希望成為暗物質粒子的可能候選。這些極輕的粒子的一個重要優勢是，它們可以同時解釋粒子物理學中尚未理解的其他重要現象。

伯爾尼實驗揭開了黑暗的面紗

“得益於多年的專業知識，我們的團隊成功地設計和建造了一個極其敏感的測量儀器–Beam EDM實驗，”AEC的低能和精密物理學教授Florian Piegsa解釋說，他在2016年因其對中子的研究而獲得了歐洲研究委員會著名的ERC起始資助之一。如果難以捉摸的軸子真的存在，它們應該在測量儀器中留下一個特徵性記錄。

Schulthess解釋說：”我們的實驗使我們能夠確定中子自旋的旋轉頻率，它在電場和磁場的疊加中移動。每個單獨的中子的自旋就像一種羅盤針，它由於磁場而旋轉，類似於手錶的秒針–但速度快了近40萬倍。”Piegsa解釋說：”我們精確地測量了這個旋轉頻率，並檢查了它最小的周期性波動，這將是由與軸子的相互作用引起的。實驗的結果很清楚：中子的旋轉頻率保持不變，這意味著在我們的測量中沒有軸子的證據。”

參數空間成功地縮小了

與來自法國的研究人員一起在Laue-Langevin研究所的歐洲研究中子源進行的測量，允許在實驗中排除一個以前完全沒有探索過的軸子的參數空間。它還證明有可能搜索到假設的軸子，這些軸子將比以前其他實驗可能的重1000多倍。

Schulthess總結說：”儘管這些粒子的存在仍然很神秘，但我們已經成功地排除了暗物質的一個重要參數空間。未來的實驗現在可以在這項工作的基礎上進行。”

Piegsa解釋說：”最終回答暗物質的問題將使我們對自然界的基本原理有一個重要的了解，並使我們向完全理解宇宙邁進一大步。”