近期，在一個超級敏感的尋找暗物質的實驗中，一個神秘的信號突然出現了。經過一年多的努力，科學家們認為他們可能真的發現了一些新的東西。
今天，XENON1T暗物質實驗的科學家報告了在其探測介質中，與電子相互作用的粒子數據的搜索結果。他們發現了「過量」的證據。或者說，探測到的與探測器的相互作用，比粒子物理標準模型預測的要更多。科學家們還不知道是什麼引起了這個信號，這可能是一個罕見但平凡的事件，也可能是其他一些未知物理現象的證據。
XENON1T是一項包含3.2噸氙元素的實驗，它被深埋在義大利納扎尼亞裡大薩索信息實驗室（INFN laboratory i Nazionali del Gran Sasso）的一座山裡，該實驗室收集了從2016年至2018年的數據。該實驗一直在等待著幾乎不與物質發生作用的粒子，對氙核或其電子產生輕微撞擊，釋放出能被實驗牆上的傳感器探測到的微小閃光。
氙合作項目的科學家希望能揭開暗物質的真實身份，這種神秘物質的引力似乎就像是宇宙的腳手架，但我們現有的粒子物理學理論無法解釋它。到目前為止，實驗數據還沒有揭示任何新的物理現象。
但是，根據XENON1T網站今天發布的論文，從2017年2月到2018年2月的氙氣數據顯示，氙氣電子與低能量的相互作用意外地超出了285次，而不是預期的232次。
為此，物理學家們假設了各種可能的過量來源，用數據來檢驗他們的想法。他們發現了三個最有可能的來源：也許，是一種未被觀測到的名為「軸子」的理論粒子，在從太陽旅行後撞上了探測器；也許，是因為中微子粒子的一種稱為「磁矩」的屬性比之前預測的要高；再也許，科學家只是發現了一種無法解釋的背景輻射過程，即被稱為氚的氫同位素的衰變。只需將幾個氚原子灑入兩噸超純的氙氣中，就可以產生這個信號。
軸子是一種理論化的低質量粒子，旨在解決一個名為強CP問題的物理問題。該問題問的是，當你用帶有相反電荷的鏡像來替換被稱為夸克的亞原子粒子時，為什麼它們會遵循同樣的物理定律，儘管它們沒有理由必須這樣做。如果確實存在軸子，那麼科學家們預測，太陽會在其核心產生軸子，而我們也有可能在地球上探測到它們。軸子也被認為是解釋暗物質的罪魁禍首。
通過探測器的太陽軸看起來最類似於研究人員觀察到的信號，具有3.5-sigma的顯著性，這意味著觀察到的信號有99.98％的可能性不是由典型的物理過程引起的。 但是，將氚衰變作為另一個背景過程引入時，其重要性降低到2-sigma，或者說，典型的物理相互作用加上衰變的氚不會引起信號的可能性為95％。 過去，更多的數據可以輕鬆消除這種波動。 粒子物理學家力爭達到5-sigma的重要性，以便宣布這一發現。
其他物理學家對分析中的工作量和思想，以及檢測器的極高靈敏度印象深刻，但是，他們敦促對結果的解釋要保持謹慎。比如，西班牙扎爾戈薩大學的物理學家哈維爾·雷東多就表示，該信號看起來就像是太陽軸子穿過XENON1T。 但是，他說，如果太陽產生的假想軸子粒子能夠產生這種信號，那麼這意味著軸子與電子之間的相互作用，要比今天的理論預測的更強。
這也表明，即使是我們的太陽，也不可能像現在這樣符合最好的理論模型和實驗。氙氣實驗所暗示的太陽軸子特性，會導致太陽比天文學家預測的要更熱，產生的中微子比天文學家觀測到的要更多。為了能夠確定，這種現象確實是太陽軸子造成了過量，科學家希望能看到一個確鑿的證據，比如，太陽軸子出現在名為「太陽磁日射鏡」的專門實驗中。也許，還可能是其他一些未知的粒子引起了這個信號。
要找出信號的真正原因還將需要更多的工作，以及一系列類似的實驗。例如，南達科他州桑福德地下研究中心的LZ實驗和中國四川金平地下實驗室的PandaX，很可能都會進行自己的分析，看看是否能找到相同的信號。 XENON1T實驗也即將升級為XENONnT，將可以使用更多的液態氙，之後物理學家可以重複此分析。 XENONnT和太陽磁日射鏡應該能夠更輕鬆地發現並解釋該信號，如果該信號成立的話。
所以，這就是物理學的方式。有時，最有趣的信號位於實驗敏感度的最遠範圍，而發生的頻率不足以使物理學家斷言這一發現。儘管，我們所有人都希望這些信號最終成為宇宙中一些無法解釋的特徵，但有時，它們只是幾個討厭的放射性原子的普通衰變。目前，物理學家還不知道他們在看什麼。他們只能說這肯定很有趣。
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