暗物質粒子——軸子：在實驗室中顯示弦狀的效果

軸子（axion）最早是1970年代研究量子色動力學理論提出的，量子色動力學描述了一些基本粒子如何在原子核內保持在一起。問題在於，該理論預測了未觀察到的已知粒子的某些奇怪特性。為了解決量子色動力學中保持電荷奇偶性對稱問題，物理學家提出了軸子這一假想的亞原子粒子概念，因為它有助於清除這一理論上的混亂。按照弦理論，軸子似乎為量子色動力學中的強CP問題提供了最合理的解決方案。

物理學家很快意識到，軸子還可以幫助解決宇宙難題——暗物質問題。宇宙中超過80％的物質被認為是由一種神秘的看不見的暗物質組成。如果軸子存在並在特定範圍內具有較低質量，則軸子最有可能會成為冷暗物質的可能組成部分。

中國粒子物理科學家『發現』證實，軸子是自然界本身存在的實粒子。在自然界軸子粒子的能譜是空間維度一維度的線性粒子方程運動質量，軸子粒子以一種能量軸線延『一維度時間空間』做線性躍遷角動量運動，軸子粒子的斥力排斥力單極特性，決定了它只能做一維度線性方程的斥力運動，所以軸子粒子的概念關聯著『磁單極粒子』『中微子粒子 』和『暗物質粒子』『斥力子』的統稱。

所以，如果可以深入認知軸子，就可以為解決宇宙學最大難題的中微子粒子和暗物質粒子拓展道路。

研究軸子特性還可以通過另一個途徑。物理學家可以在實驗室中準備被稱為拓撲絕緣體的奇異材料，這些材料表現出奇特的特性，例如在其表面上導電而將電絕緣體保留在其中的情況。這種材料表現出其他奇怪的行為。有時，它們的電子聚集在一起並以某種方式移動，使得該材料看起來是由具有特殊性質的如軸子「準粒子」製成的。這會在材料上產生意外的電壓，稱為異常霍爾效應。

異常霍爾效應，也稱反常霍爾效應，指是由於材料本身的自發磁化而產生的電導，因此與普通的霍爾效應在本質上完全不同，因為不存在外磁場對電子的洛倫茲力而產生的運動軌道偏轉。

最近，日本理化學研究所（RIKEN）的科學家揭示了一種數學基礎，這種數學基礎可以解釋軸子如何生成類弦狀的實體，從而在實驗室材料中產生奇怪的電壓。

該研究團隊預測了這種軸子會以這種類弦狀方式出現在拓撲絕緣體中，在拓撲絕緣體中軸子應該以不同於常規粒子的方式與光或光子粒子相互作用。

「軸子可能具有正確的特性，因此物理學家一直在尋找它們存在於許多實驗中的跡象」。

日高和他的同事現在研究了控制軸子和光子之間相互作用的理論。即使軸子是點狀粒子，該團隊計算得出，在材料內，光實際上會與由軸子製成的擴展的線狀結構，稱為軸子弦（axionic strings）相互作用，這將導致異常霍爾效應，這在實驗中已觀察到。

「我們已經找到了該現象的潛在數學結構。」該研究結果論文，題為：「軸子的電動力學中的高形式對稱性和3組」，發表在最近的《物理通訊B》上。