科學(xué)家已經(jīng)測出暗物質(zhì)占據了宇宙中總物質(zhì)的85%、總質(zhì)量的四分之一，它們維系著(zhù)星系的運轉程穩定。物質(zhì)究竟是什么東西？這是宇宙組成的根本性問(wèn)題，天文學(xué)界至今也沒(méi)有明確的答案。
二十世紀八十年代，暗物質(zhì)是新型粒子的一種的觀(guān)點(diǎn)被逐步接受?？茖W(xué)界一直有兩種關(guān)于暗物質(zhì)粒子候選者主流的觀(guān)點(diǎn)：1.認為暗物質(zhì)是一種被稱(chēng)為軸子的極其輕微的粒子；2.這些理論預測了一種重量相當于質(zhì)子的100到1000倍的不帶電中性粒子。下邊就是一些暗物質(zhì)的“候選者”：
其中最為盛行的理論是弱相互作用大質(zhì)量粒子（WIMP），指出暗物質(zhì)是一類(lèi)可以參與弱相互作用，靜止時(shí)的質(zhì)量超過(guò)1GeV的大質(zhì)量粒子。WIMP理論深受物理學(xué)家們歡迎的一個(gè)很重要原因是，它可以更好地解釋觀(guān)測到的暗物質(zhì)密度。
各國物理學(xué)家已經(jīng)做了不少?lài)L試搜尋這類(lèi)粒子。中國“悟空”號暗物質(zhì)探測衛星，就是在超過(guò)10GeV的能段里尋找異常的伽馬射線(xiàn)信號——這樣的信號，有可能來(lái)自WIMP之間的碰撞。除了太空中的探測器之外，尋找暗物質(zhì)粒子還有另一條思路，在地下深處安裝探測裝置。幾百乃至上千米厚的巖層可以很好的隔絕大多數宇宙線(xiàn)干擾，從而盡可能避免噪音對實(shí)驗的影響，而暗物質(zhì)粒子卻不受影響，能順利通過(guò)。
XENON實(shí)驗
6月18日位于意大利格蘭薩索地下實(shí)驗室，全世界最靈敏暗物質(zhì)實(shí)驗XENON1T（“氙一噸”）公布觀(guān)測到了來(lái)源不明的意外結果，推測可能是一種被稱(chēng)作“軸子”（Axion）的新的粒子。
“軸子”概念于上世紀70年代，提出的目的是解決強相互作用中的CP（電荷-宇稱(chēng)）不對稱(chēng)性問(wèn)題。80年代中期理論研究發(fā)現，宇宙大爆炸能夠產(chǎn)生足以構成暗物質(zhì)的軸子。從此軸子也成為暗物質(zhì)的有力候選粒子。
軸子的質(zhì)量要比WIMP低得多，只有1μeV~1meV。所以適用于WIMP的探測手段，自然不能直接照搬到軸子身上。因為軸子真的太輕了，它們撞上氙原子就如同螞蟻撼大樹(shù)，絕對不會(huì )掀起任何的波瀾。但是氙的電子卻是很合適的撞擊標靶——軸子與電子可以發(fā)生彈性碰撞，帶給電子動(dòng)能，產(chǎn)生可探測的閃光。
研究團隊在2016-2018年間，在24keV的能段上收集了裝置中的閃光。他們在兩年內共看見(jiàn)了285次閃光信號。只不過(guò)這些信號中的大多數都是可以合理解釋的。建在地下深處的裝置雖然可以屏蔽地面以上的很多干擾，但少量的放射性鉛、氪等同位素的背景噪音仍然可以進(jìn)入裝置中，并與氙原子發(fā)生碰撞。幸好研究人員可以分辨出這些噪音信號，285個(gè)信號中有232個(gè)來(lái)自背景噪音。那么其余的53個(gè)信號，是什么東西？
XENON探測器內部
可能性最高也是最令人興奮的解釋就是，這些信號是由暗物質(zhì)粒子——軸子發(fā)射過(guò)來(lái)的。不過(guò)，這些軸子并不是形成于宇宙大爆炸之初，而是由我們的太陽(yáng)產(chǎn)生。雖然這不能直接解釋宇宙中缺失的部分質(zhì)量，但是這樣的結論同樣讓人足夠震撼：如果太陽(yáng)軸子得到證實(shí)的話(huà)，那么意味著(zhù)源自大爆炸過(guò)程的軸子必然同樣存在，這是人類(lèi)歷史上第一次發(fā)現暗物質(zhì)粒子。
世界太大，我們知道的依然太少。
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