科学探索|轴子会是我们寻找暗物质的最佳选择吗？轴子会是我们寻找暗物质的最

北京时间3月11日消息，据国外媒体报道，科学家一直在探索暗物质的真实“身份”和组成。现在，研究人员发现了新的证据，为一种被称为轴子（axion）的假想粒子提供了支持，认为这很可能是暗物质的主要成分之一。

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子弹星系团（Bullet Cluster）的合成图像。子弹星系团由一对迎面碰撞的星系团组成，得到了广泛的研究，并被认为是暗物质存在的有力证据。其中一个星系团穿过另一个，就像子弹穿过苹果一样，可能显示出暗物质（蓝色）与炽热气体（粉色）分离的明显迹象。
1933年，天文学家首次推断宇宙中存在某种看不见的物质，后来，这些“丢失的质量”被称为暗物质。自此之后，暗物质一直是全世界天文学家和物理学家追逐的神秘对象。尽管有理论认为暗物质占宇宙中所有物质的85%，但这些看不见的物质究竟是由什么组成的，仍然是一个谜。
什么是轴子？
一些研究人员认为，暗物质实际上可能是一种名为“轴子”的奇怪粒子。这是一种假想的基本粒子，具有极微小的质量和能量。轴子最初于1977年提出，用来解决粒子物理学中所谓的“强CP问题”——为什么CP在量子色动力学中不被破坏？
这是一个长期悬而未决的疑难问题。CP是粒子物理学中两个对称运算的乘积：C对称即电荷对称，量子操作为电荷共轭运算，可以将一个带电荷粒子转化为其反粒子；P是宇称，宇称运算会造成一个物理系统的镜像。在强相互作用和电磁作用中，CP转化运算对整个物理系统不产生任何影响，即CP对称；但在一定的弱相互作用中，这个对称会被微小地打破（CP破坏）。对CP破坏的研究至今仍然是理论物理学和实验物理学中非常活跃的领域。
在CP对称中，如果一个粒子与它的反粒子交换，或者当它被倒置或成为镜像时，涉及的物理定律应当是相同的。在量子色动力学中，强相互作用可能会导致CP破坏，但科学家从未观察到这种破坏。
欧洲核子研究中心（负责运行大型强子对撞机的机构）的粒子物理学家约翰·埃利斯说：“我们已经知道，这种CP对称区分了粒子和反粒子。我们也知道，弱相互作用中会出现CP破坏。这是一个谜，为什么在强相互作用中没有违反这种对称？”自轴子被提出以来，埃利斯就一直从事这方面的研究。
1977年，研究者提出了标准模型的一个扩展，在这个扩展中，强相互作用不会破坏CP对称，“这个理论预测了轴子的存在” 。2020年，一个物理学团队发现了轴子存在的第一个直接证据，使得这种假想粒子更具合理性，也引起了科学界对轴子的兴趣，同时进一步支持了轴子可能是暗物质最佳候选粒子的观点。
“暗物质占宇宙中物质的绝大部分，而我们不知道它究竟是什么。在所有科学中最突出的问题之一，便是‘什么是暗物质？’”新研究的第一作者、美国加州大学伯克利分校物理学助理教授本杰明·萨夫迪在一份声明中说，“我们猜测这是一种未知的新粒子，而轴子可能就是这种粒子。它可能在大爆炸中大量产生，并漂浮在宇宙中，可以解释天体物理学已经取得的观察结果。”
放弃WIMP？

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暗物质“毛发” 。一些研究人员认为，暗物质以这种“网状”的模式分布在整个宇宙中。

在2月23日发表在《科学进展》（Science Advances）杂志上的两篇综述中，研究人员描述了轴子如何成为暗物质的主要候选粒子，以及物理学家将如何更深入地研究这种粒子，或许还将解释暗物质之谜。