科學家模擬「磁星」搜尋軸子「芳蹤」

2021-01-15 中華人民共和國科學技術部

    據美國麻省理工學院（MIT）官網近日消息，MIT物理學家們打算進行一項新實驗，來探測一種名為「軸子（Axion）」的粒子。如果實驗成功，將破解粒子物理學領域一個複雜的未解之謎——強電荷宇稱破壞，並進一步釐清暗物質的屬性。

    強電荷宇稱破壞是粒子物理學懸而未決的重大疑難之一。1977年，人們提出軸子方案來解釋這一問題。軸子被認為是宇宙間最輕的粒子之一，大小約為質子的1/1018。如果它們存在，可能會和其他仍未「現身」的粒子以暗物質形式，組成宇宙總物質的80%。

    MIT團隊在《物理評論快報》上撰文稱，他們打算在受控的實驗環境下，藉助磁共振成像技術模擬天文學中的磁星（一種能產生極強磁場的中子星）來探測軸子。這一實驗的核心名為「使用放大的B場環裝置的寬帶/共振方法探測宇宙軸子」，包含有一系列磁線圈，這些線圈纏繞成一個「甜甜圈」被嵌入一層超導金屬內，並保持在一個溫度僅在絕對零度之上的冷凍機內，使外部噪音最小。

    研究人員稱，設計模型約為手掌大小，能產生1特斯拉的磁場。如果軸子出現，磁場將產生非常微小的振動，頻率與軸子質量直接相關，一種置於「甜甜圈」內的超靈敏磁力計能測出這一頻率，並最終確定軸子的大小。

    目前，華盛頓大學的科學家正在進行軸子暗物質實驗。該實驗使用一個置於大型超導磁鐵內的微波諧振腔來探測軸子到微波光子非常微弱的轉變，旨在尋找質量約為質子質量1/1015的軸子。而MIT物理學副教授傑西·泰勒領導的團隊尋找的，則是質量是質子1/1018的、更小更輕的粒子。

    MIT團隊表示，如果軸子被探測到，它或許能解釋困擾粒子物理學領域的強電荷宇稱破壞之謎。由於軸子是暗物質備選粒子，因此最新研究也將有助於科學家們進一步釐清暗物質的屬性。

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