科學家們終於發現了軸子，這是一種難以捉摸的粒子，很少與正常物質相互作用。軸子最初是在40多年前預測的，但直到現在才被發現。
科學家們認為暗物質可能是由軸子構成的。但研究人員並沒有在外層空間深處發現軸子，而是在地球上的一種奇異物質中發現了它的特徵。
新發現的軸離子並不完全是我們通常認為的粒子：它在一個被稱為半金屬的過冷材料中起著電子波的作用。這一發現可能是解決粒子物理學中一個尚未解決的主要問題的第一步。
軸子是暗物質的候選者，因為就像暗物質一樣，它不能真正地與普通物質相互作用。這種超然也使得軸子極難被發現。這種奇怪的粒子也有助於解決物理學中一個長期存在的難題，即所謂的“強CP問題”。由於某種原因，物理定律似乎對粒子及其反物質起著同樣的作用，即使它們的空間座標是顛倒的。這種現象被稱為電荷宇稱對稱性，但現有的物理理論認為，這種對稱性沒有必要存在。這種意想不到的對稱性可以用一個特殊場的存在來解釋。探測到一個軸子將證明這個場存在，從而解開這個謎團。
因為科學家們認為這種幽靈般的中性粒子幾乎不與普通物質發生相互作用，所以他們認為用現有的太空望遠鏡很難探測到它們。因此，研究人員決定嘗試更實際的方法，使用一種叫做凝聚態的物質。
像研究人員所做的那樣的凝聚態物質實驗已經被用來“發現”難以捉摸的預測粒子。這些粒子不會以通常意義上的方式被探測到，而是以物質的集體振動的形式被發現，它們的行為和反應與粒子完全一樣。
德國馬克斯普朗克固體化學物理研究所物理學家約翰內斯·古思說：“觀察外層空間的問題是，你不能很好地控制實驗環境。我認為將這些高能物理概念轉化為凝聚態物質的一個好處是，你實際上可以做得更多。”
研究小組使用了一種特殊的Weyl半金屬材料，這種材料中的電子錶現得好像它們沒有質量，彼此之間不相互作用，並被分成兩種類型：右手性和左手性。左旋或右旋的性質叫做手性，Weyl半金屬的手性是守恆的，這意味著有相同數量的左右電子。將這種半金屬冷卻到12華氏度(零下11攝氏度)，電子就可以相互作用，並凝結成自己的晶體。
通過晶體的振動波稱為聲子。由於量子力學的奇怪定律規定，粒子也可以表現為波，因此某些聲子具有與普通量子粒子相同的性質，例如電子和光子。古思和他的同事觀察到，電子晶體中的聲子對電場和磁場的反應與預測中的軸子完全一樣。這些準粒子也沒有同等數量的左右粒子。(物理學家還預言，軸子會打破手性守恆。)
“令人鼓舞的是，這些(描述軸離子的)方程是如此的自然和引人注目，它們至少在一種情況下在自然界中得以實現。”麻省理工學院理論物理學家和諾貝爾獎獲得者Frank Wilczek說，“如果我們知道有一些物質承載著軸子，那麼，也許我們稱之為空間的物質也承載著軸子。”他還提出，像Weyl半金屬這樣的材料有一天會被用作檢測基本軸子的天線，宇宙中的軸子有一天會以粒子的方式存在，而不是作為集體振動的方式存在。
對軸離子作為一個獨立的、孤獨的粒子的研究還將繼續。通過限制和估計粒子的性質(如質量)來幫助傳統的探測實驗，這讓其他實驗人員對在哪裡尋找這些粒子有了更好的想法。它也有力地證明了粒子的存在是可能的。
閱讀更多 萬象經驗 的文章
