科学探索|轴子会是我们寻找暗物质的最佳选择吗？( 二 ) 轴子会是我们寻找暗物质的最

到目前为止，在众多可能组成暗物质的候选成分中，一直处于领先地位的当属“大质量弱相互作用粒子”（weakly interacting massive particles，简称WIMP）。WIMP是一个很笼统的术语，描述的是一种仍然停留在理论阶段的假想粒子，只通过弱核力和引力与普通物质发生非常微弱的相互作用。据预测，WIMP的质量是质子的1到1000倍。
然而，尽管WIMP是最有希望的暗物质候选成分，在过去的几年里，WIMP并没有出现在大型强子对撞机中，也没有出现在对暗物质的直接搜索中。因此，随着WIMP逐渐失去作为暗物质候选粒子的光环。
我们能否捕获轴子？
随着对WIMP的研究陷入僵局，研究人员开始探索可以采取哪些步骤来确认轴子的存在，并进一步确定它是否可能是暗物质。研究人员在综述中提出，他们有可能最终“捕获”轴子，并通过预测其质量来确认其存在。
在这两篇综述中，研究人员提出了物理学家可以采用的几种不同的方法，既可以预测轴子的质量，也可以将其作为暗物质的候选者进行研究。这些方法包括使用光晕仪（haloscope），这种仪器可以“观察来自银晕的微波光子信号” 。（星系晕是星系周围一个巨大的球形空间区域，其范围超出了可见物质的范围。）
研究人员预计，在这样的实验中，轴子会在微波空腔中转换成电磁波，尽管这种情况会非常罕见。理论上，这种电磁波是能够被探测到的。
研究人员还提出了物理学家们目前正在使用，并可能用于寻找轴子的其他方法，包括使用地面望远镜，例如使用欧洲核子研究中心的轴子太阳望远镜（CAST）来探测太阳核心产生的轴子，甚至发现中子星磁层中的轴子——在那里它们可能会转换为光子，并留下明显的光谱特征。
寻找质量
在这两篇综述中，研究人员探索了可以让科学家探测轴子的前沿技术，而目前较流行的轴子探测技术之一，便是尝试在微波空腔中探测电磁波。
【科学探索|轴子会是我们寻找暗物质的最佳选择吗？】不过，在2月25日发表在《自然-通讯》（Nature Communications）杂志上的另一项新研究中，研究人员使用美国国家能源研究科学计算中心（NERSC）的超级计算机——目前世界上最大的超级计算机之一——模拟了轴子的产生过程。
在该团队的模拟中，轴子几乎就在大爆炸后立即产生；他们还将宇宙中暗物质的总质量和产生的轴子总数考虑在内，从而估计出轴子的可能质量。模拟结果显示，轴子的质量是理论物理学家预期的两倍多，达到40到180μeV（大致相当于一个电子质量的100亿分之一）。
研究小组还发现，轴子可以产生比预期更高频率的电磁波，而该频率超出了实验中通常用于探测轴子电磁波的范围，在这些轴子实验中，模拟程序不知道应该调到哪个频率，因此必须扫描许多不同的可能性。
对于模拟的结果，研究人员形容早期宇宙中的轴子可能表现得就像“从野马上摔下来的骑手” 。
你可以想象这些绳子由轴子组成，在宇宙扩张的过程中，绳子向周围甩出，形成圆环，互相连接，并经历许多剧烈的动力过程。位于边缘的轴子正试图紧紧抓住绳子，但当一些过于剧烈的过程发生时，它们就会从这些绳子上甩出去。而那些脱离绳子的轴子最终会在很久以后变成暗物质。
当然，研究团队并没有解决了暗物质问题，也没有给出关于轴子的确切描述。但随着越来越多的研究者继续推进这类实验，在不久的将来，或许我们就能更好地理解这些假想粒子究竟是什么，并最终解开暗物质之谜。（任天）