科学——星际实验追寻神秘轴子

作者: 2025 年 8 月 18 日

马德里,18(欧洲出版社)

哥本哈根大学的物理学家利用星系团的磁场观察遥远的黑洞,寻找难以捉摸的暗物质粒子。

宇宙中最重的结构——星系团,其质量是太阳的千万亿倍。而轴子,一种神秘的理论粒子,甚至比最轻的原子还要轻得多。

轴子是一种假想的基本粒子,它可能是理解暗物质的关键,暗物质是一种未知物质,据信占宇宙质量的 80% 左右。

目前尚无人证实轴子的存在,几十年来,研究人员对此一直苦苦追寻。但哥本哈根大学的物理学家们表示,他们利用一种巧妙的方法,利用遥远星系,或许比以往任何时候都更接近轴子的存在。

研究人员没有使用像欧洲核子研究中心那样的地面粒子加速器,而是转向宇宙,将其用作一种巨型粒子加速器。具体来说,他们寻找遥远、非常明亮的星系核发出的电磁辐射,每个星系的中心都有一个超大质量黑洞。

随后,他们观测了这种辐射穿过星系团巨大磁场的情形。据推测,其中一些辐射可能在星系团中转化为轴子。这种转变会在数据中留下微小的随机波动。然而,每个信号都非常微弱,以至于它们本身就会淹没在宇宙的背景噪音中。

因此,研究人员引入了一个新概念。他们观测了位于星系团后方的总共32个超大质量黑洞,并将观测数据结合起来。

与轴子特征相似的模式

通过检查数据,研究人员惊讶地发现了一种类似于难以捉摸的轴子粒子特征的模式。

“通常情况下,这些粒子发出的信号是不可预测的,看起来像是随机噪声。但我们意识到,通过整合来自不同来源的数据,我们就能将所有噪声转化为清晰可识别的模式,”哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所副教授奥列格·鲁恰斯基(Oleg Ruchayskiy)解释道。鲁恰斯基是《自然天文学》杂志上一篇题为《星系团中活动星系核中轴子类粒子的限制》的论文的主要作者,该论文旨在研究轴子。

它呈现出一种独特的阶梯状模式,展现了这种转变可能的样子。我们目前只在数据中看到它的一丝信号,但它仍然非常诱人,令人兴奋。我们可以称之为宇宙的低语,现在已经足够响亮,可以听到了。

距离发现暗物质更近一步

虽然科学家揭示的模式并不能构成轴子存在的确凿证据,但 Ruchayskiy 和他的同事的研究让我们更接近理解暗物质是什么。

“这种方法极大地扩展了我们对轴子的认识。它让我们能够绘制出一大片我们已知不包含轴子的区域,从而缩小了轴子的存在范围,”尼尔斯·玻尔研究所玛丽·居里研究员、新论文的主要作者之一、博士后研究员 Lidiia Zadorozhna 说道。

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