當今物理學中最引人注目的謎團之一是科學家們所稱的”強CP問題”。儘管中子是由夸克，也就是攜帶電荷的較小的基本粒子組成的，但它並不與電場相互作用，這一令人困惑的現象使強CP問題對物理學的標準模型提出了質疑，或者說，科學家們多年來一直用這套理論來解釋自然規律。

由明尼蘇達大學雙城分校理論物理學家領導的一個團隊發現了一種尋找軸子的新方法，軸子是可以幫助解決這個謎團的假想粒子。與費米拉布國家加速器實驗室的實驗研究人員合作，物理學家們的新策略為在粒子對撞機實驗中檢測軸子開闢了以前未曾探索過的機會。

研究人員的論文在美國物理學會出版的同行評審科學雜誌《物理評論快報》上發表並作為編輯的建議。

明尼蘇達大學的研究人員尋找假設的軸子的新方法包括測量粒子”衰變”為兩個μ子，這些粒子基本上是電子的較重版本–如上圖所示。資料來源：明尼蘇達大學的雷蒙德-科

“作為粒子物理學家，我們正在努力發展我們對自然的最佳理解，”該論文的共同作者、明尼蘇達大學物理和天文學學院助理教授劉震說。”在過去的一個世紀裡，科學家們通過既定的理論框架在尋找基本粒子方面取得了巨大的成功。因此，中子為什麼不與電場耦合是極其令人費解的，因為在我們已知的理論中，我們期望它們會這樣。如果我們真的發現了軸子，這將是我們對自然界結構的基本理解的一個巨大進步。”

研究亞原子粒子和可能發現新粒子的主要手段之一是對撞機實驗。從本質上講，科學家們強迫粒子束進行碰撞–當它們相互撞擊時，它們產生的能量會產生其他粒子，並通過一個探測器，使研究人員能夠分析它們的特性。

劉和他的團隊提出的方法涉及測量”衰變”產物–或者當一個不穩定的重粒子轉化為兩個μ介子（已知的粒子，基本上是電子的較重版本）的多個較輕粒子時會發生什麼。通過從探測器中的μ子軌道向後重建這種衰變，研究人員相信他們有機會找到軸子並證明其存在。

該論文的共同作者、明尼蘇達大學物理和天文學學院和威廉-費恩理論物理研究所的博士後研究員Raymond Co說：”通過這項研究，我們正在擴大我們可以搜索軸子粒子的方法。人們以前從未將軸子衰變為μ子作為在中微子或對撞機實驗中搜索軸子粒子的一種方式。這項研究開闢了新的可能性，為我們領域的未來努力鋪平道路。”

劉和Co，以及明尼蘇達大學物理學和天文學博士後研究員Kun-Feng Lyu和加州大學伯克利分校博士後研究員Soubhik Kumar是這項研究的理論部分的支持者。他們是ArgoNeuT合作的一部分，該合作匯集了來自全國各地的理論家和實驗家，通過費米實驗室的實驗研究粒子。

在這篇論文中，明尼蘇達大學領導的理論團隊與實驗研究人員合作，利用他們的新方法和ArgoNeuT實驗的現有數據進行軸子的搜索。研究人員計劃在未來使用實驗結果來進一步完善他們對軸子產生率的理論計算。