暗物質相關軸子質量搜索范圍縮小

軸子（axion）被認為是暗物質粒子的有力候選者，盡管其目前“芳蹤杳然”，但物理學家正不斷縮小其質量范圍。美國《科學新聞》網站近日報道，據美國科學家一項最新研究，在介於2.81—3.31μeV（1μeV＝百萬分之一電子伏特）的質量范圍之間，未發現軸子的跡象。

暨南大學理工學院教授楊嶠立對科技日報記者表示：“最新研究是探索軸子質量漫漫長路的第一步，也意味著科學家越來越接近暗物質的真諦。”

據楊嶠立介紹，1977年，科學家提出軸子這一假想粒子來解決強核力如何影響物質反物質和宇稱而引發的一個悖論。后來的研究發現，如果軸子存在，可以構成暗物質。暗物質是遍布宇宙的神秘質量，天文觀測和科學計算表明，宇宙中普通物質佔約4.9%，暗物質佔約26.8%，暗能量佔約68.3%。

楊嶠立指出：“暗物質是物理學和宇宙學共同的未解之謎，其發現將是諾貝爾獎級別的研究。”

此前，大多數暗物質搜尋實驗都聚焦名為“弱相互作用重粒子”（WIMP）的假想粒子，但一無所獲，因此有不少科學家將希望寄托於軸子身上。

科學家預計，軸子“體重”極輕——質量介於百萬分之一到千分之一電子伏特之間，但美國華盛頓大學“軸子暗物質試驗”（ADMX）實驗團隊在《物理評論快報》雜志撰文指出，沒有跡象表明，軸子質量介於2.81—3.31μeV之間（即電子質量的萬億分之5.5至萬億分之6.5之間）。

與此同時，另一組物理學家也在《物理評論快報》撰文稱，他們正在搜尋質量約為6.7μeV的軸子，此研究是CAPP-8TB實驗的一部分，同樣沒有發現軸子的“蛛絲馬跡”。

這兩個實驗的目標一致：尋找軸子在磁場中轉化為光子產生的信號，研究人員讓探測器搜索特定頻率的光——不同頻率的光對應不同質量的軸子，以發現不同質量的軸子。楊嶠立解釋說：“如果能夠確定軸子的質量，在探測器裡找到了相應頻率的光子，科學家就可以聲明發現了軸子。”