什么是暗物质？宇宙最大谜团的答案可能是轴子

　　一个奇怪的假设粒子如何成为恒星暗物质候选者的传奇。
　　物理学充满了难题，从某种意义上说，这就是该领域不断发展的原因。这些令人费解的谜题促进了一场追求真理的竞赛。但在所有的困境中，我想说其中有两个毫无疑问属于优先级 A。
　　首先，当科学家们仰望天空时，他们始终会看到恒星和星系在离我们星球更远的地方，并且在各个方向上彼此相距甚远。宇宙看起来像一个正在爆炸的气泡，这就是我们如何知道它正在膨胀的原因。但有些事情没有意义。
　　太空中似乎没有足够的东西漂浮在它周围——恒星、粒子、行星和所有其他东西——让它如此迅速地膨胀。换句话说，宇宙膨胀的速度比我们的物理学所说的要快，而且当你读到这篇文章时，它甚至还在加速。这给我们带来了问题二。
　　根据专家的最佳计算，星系旋转得如此之快，因为一切都在快速旋转，我们预计这些螺旋的行为就像失控的旋转木马一样，将金属马从骑行中甩出。宇宙中似乎没有足够的东西将它们固定在一起。然而，银河系并没有分崩离析。
　　发生什么了？
　　作为笼统的术语，物理学家称＂缺失＂的东西将宇宙向外推暗能量，以及将星系聚集在一起的碎片——可能以类似光晕的形式——暗物质。既不与我们可以看到的光或物质相互作用，所以它们本质上是不可见的。暗物质和暗能量加起来构成了宇宙的 95%。
　　最近发表在《科学进展》杂志上的一篇评论的作者将注意力集中在暗物质的部分上，写道：＂它很可能由一种或多种基本粒子组成……尽管它的一部分或全部可能由一些宏观块组成。看不见的物质形式，例如黑洞。＂
　　黑洞与否，暗物质是完全难以捉摸的。为了破解它的秘密，科学家们从宇宙阵容中挑选了一些嫌疑犯，其中最想要的粒子之一是一个叫做轴子的奇怪的小斑点。 轴子的大眼睛假说
　　您可能听说过标准模型，它几乎是圣杯，不断强化的粒子物理学手册。它概述了宇宙中的  每   一个粒子是如何工作的。
　　然而，正如《科学进展》评论所指出的，一些＂粒子物理学家对标准模型感到不安和不满，因为它存在许多理论缺陷，并且许多紧迫的实验问题没有得到解答。＂ 更具体地说，对于我们来说，它直接导致了一个关于被称为CPT 不变性的成熟科学概念的悖论。啊哈，物理谜题还在继续。
　　基本上，CPT 不变性表明，当涉及到 C（电荷）、P（奇偶校验）和 T（时间）时，宇宙必须是对称的。因此，它也被称为 CPT 对称性。如果一切都带有相反的电荷，是左撇子而不是右撇子，并且通过时间倒退而不是前进，它表明宇宙应该保持不变。
　　很长一段时间，CPT 对称性似乎牢不可破。然后1956年到来了。
　　长话短说，科学家们发现了一些违反 CPT 对称性 P 部分的东西。它被称为弱力，它决定了太阳中的中微子碰撞和元素融合等事情。所有人都感到震惊、困惑和害怕。
　　几乎所有物理学的基本概念都依赖于 CPT 对称性。
　　大约十年后，研究人员也发现了违反 C 对称性的弱力。事情正在分崩离析。物理学家可以希望并祈祷，即使 P 被违反……并且 CP 被违反……也许 CPT 仍然没有。也许弱势力只需要三人组来维持 CPT 对称性。值得庆幸的是，这个理论似乎是正确的。由于某些未知的原因，尽管 C 和 CP 出现了光点，但弱力遵循完全 CPT 对称性。呸。
　　但这是问题所在。如果弱力违反 CP 对称性，你会期望强力也是如此，对吧？嗯，他们没有，物理学家也不知道为什么。这被称为 强 CP 问题——这正是事情变得有趣的地方。
　　中子——原子内不带电的粒子——遵守强力。另外，为了简化， 它们的中性电荷 意味着它们违反了 T 对称性。并且＂如果我们发现某些违反 T 对称性的东西，那么它也必须以不违反组合 CPT 的方式违反 CP 对称性，＂该论文指出。但是……这很奇怪。中子不是因为强 CP 问题。
　　于是轴子的想法诞生了。
　　多年前，物理学家Roberto Peccei 和 Helen Quinn建议在标准模型中增加一个新维度。它涉及一个超轻粒子场——轴子——它解释了强 CP 问题，从而放宽了中子的条件。Axions 似乎很好地解决了所有问题，以至于两人的想法成为＂解决强 CP 问题的最流行的解决方案＂，该论文称。这是一个奇迹。
　　需要明确的是，轴子仍然是假设的，但想想刚刚发生的事情。物理学家在标准模型中添加了一个新粒子，它勾勒出 整个宇宙 的斑点。这对其他一切意味着什么？ 暗物质的关键？
　　根据 Peccei-Quinn 理论，轴子将是＂冷的＂，或者非常缓慢地在空间中移动。而且……研究人员说＂[暗物质]的存在是从它的引力效应推断出来的，天体物理学观察表明它是‘冷的’。＂
　　该论文还指出，＂[轴子]与可见物质相互作用的强度存在实验上限。＂
　　因此，基本上，有助于解释强 CP 问题的轴子似乎也具有与暗物质相一致的理论特性。非常好。
　　运行大型强子对撞机并领导反物质研究的欧洲核研究理事会（CERN）也强调＂轴子最具启发性的特性之一是，它们可以以自然的方式产生＂ _你去吧。轴子是物理学中最热门的话题之一，因为它们似乎解释了很多。但再一次，那些广受欢迎的比特仍然是假设的。
　　我们会找到轴子吗？
　　科学家们开始寻找轴子已经40 年了。
　　这些搜索中的大多数＂主要是利用作用场与电磁场的相互作用＂，最近发表在《科学进展》上的评论中的作者说。
　　例如，欧洲核子研究中心开发了轴子搜索望远镜，这是一种用于寻找太阳核心产生的粒子线索的机器。在我们的恒星内部，有可能与轴子相互作用的强电场——如果它们真的存在的话，就是这样。
　　但到目前为止，这项任务面临着一些相当大的挑战。一方面，＂粒子质量在理论上是不可预测的，＂作者写道——也就是说，我们对轴子的样子知之甚少。
　　目前，科学家们仍在寻找它们，同时假设质量范围很广。然而，最近研究人员提供的证据表明，该粒子的电压可能在 40 到 180 微电子伏特之间。这是不可思议的小，大约是电子质量的十亿分之一。
　　＂此外，＂该团队写道，＂预计轴子信号将非常窄......并且由于与标准模型粒子和场的耦合非常弱，因此非常微弱。＂ 从本质上讲，即使微小的轴子尽力向我们表明它们的存在，我们也可能会错过它们。他们的暗示可能如此微弱，我们几乎不会注意到。
　　尽管存在这些障碍，轴子搜索仍在继续。大多数科学家认为，它们一定存在于某个地方，但在完全解释暗物质方面，它们似乎好得令人难以置信。
　　＂大多数实验尝试都假设轴子构成了 100% 的暗物质晕，＂研究作者强调，这表明也许有一种方法可以＂在不依赖这种假设的情况下研究轴子物理学＂。