宇宙中約80% 的物質是一種未被發現的物質，稱為”暗物質”。雖然理論上認為它的存在已經有大約90 年的時間，但JEDI 合作組織的科學家正在利用先進的粒子加速器技術，開發新的方法來探測它，儘管確鑿的證據仍然難以捉摸。

宇宙中約80% 的物質是一種未被發現的物質，稱為”暗物質”。雖然理論上認為暗物質的存在已經有大約90 年的歷史，但JEDI 合作組織的科學家利用先進的粒子加速器技術，正在開發新的方法來探測暗物質，儘管確鑿的證據仍然難以捉摸。

研究的合著者之一約爾格-普雷茨（Jörg Pretz）解釋說：”這是協調星系內可見物質的速度分佈與現有知識的唯一方法，一種以前未觀察到的’暗’物質形式必須額外地穩定星系”。他同時也是尤里希研究中心核子物理研究所的副所長和亞琛工業大學的教授自1930 年代以來，物理學家一直在尋找這種物質。科學界不乏各種理論，但還沒有人成功地偵測到暗物質。沃爾克-海尼博士（Volker Hejny）說：”這是因為暗物質的性質還完全不清楚。”海尼博士也來自於尤利希核子物理研究所，和他的同事約爾格-普雷茨（Jörg Pretz）一樣，也是進行這項實驗的國際JEDI 合作組織的成員。JEDI 是Jülich Electric Dipole moment Investigations 的縮寫，參與合作的科學家自2011 年以來一直致力於測量帶電粒子的電偶極矩。「暗物質是不可見的，迄今為止只是透過其引力間接地顯現出來。它的影響相對微小，這就是為什麼只有在質量極大的情況下–比如整個星系–暗物質才會真正顯現出來」。理論物理學家已經提出了一些暗物質可能由其組成的假想基本粒子。根據這些粒子的特性，可以使用各種方法來探測它們–這些方法不需要高度複雜的引力效應探測。這些方法包括軸子和類軸子粒子。在他們的實驗中，JEDI 的科學家利用了尤利希粒子加速器COSY 的一個特殊功能：使用偏振光束。圖片來源：Forschungszentrum Jülich / Ralf-Uwe Limbach”軸子最初是為了解決量子色動力學強相互作用理論中的一個問題，”Pretz解釋道。”軸子這個名字可以追溯到諾貝爾物理學獎得主弗蘭克-威爾切克（Frank Wilczek），指的是一種洗滌劑品牌：可以說，這種粒子的存在是為了’清理’物理學理論。”為了探測軸子，JEDI 合作計畫的科學家利用了粒子的自旋。”自旋是量子力學的一個獨特性質，它使粒子表現得像小型條形磁鐵，”Hejny 解釋說。”例如，醫學影像中的磁振造影（簡稱MRI）就利用了這一特性。作為這一過程的一部分，原子核的自旋會被強大的外部磁場激發。”核磁共振成像技術也被用來尋找暗物質。在普通核磁共振成像中，原子處於靜止狀態，而在加速器中，粒子幾乎以光速運動。這使得某些領域的檢查更加靈敏，測量更加精確。在他們的實驗中，JEDI 的科學家利用了尤利希粒子加速器COSY 的一個特殊功能，即使用偏振光束。”在傳統的粒子束中，粒子的自旋方向是隨機的，”Pretz 說。”而在偏振粒子束中，自旋是朝一個方向排列的”。全世界只有少數加速器具備這種能力。”如果正如科學家所猜測的那樣，我們周圍存在軸子的背景場，那麼這將影響自旋的運動–因此最終可能在實驗中被檢測到。然而，預期的影響微乎其微。測量還不夠精確。不過，雖然JEDI 實驗還沒有發現暗物質粒子的證據，但研究人員已經設法進一步縮小了可能的相互作用效應的範圍。也許更重要的是，他們能夠在尋找暗物質的過程中建立一種新的、有前途的方法。