■高宇 李闯 李田军

近日，美国麻省理工学院（MIT）物理学家完成了一项名为ABRACADABRA（魔术师用语：见证奇迹的时刻，简称为ABRA）的轴子搜寻技术的先期测试。这项实验的目的是希望能探测到轴子型暗物质粒子。

实验首席研究员、麻省理工学院物理学教授Lindley Winslow说：“这是第一次有人直接探测这个质量范围的轴子……作为暗物质，轴子可能不会影响你的日常生活，但它们会影响宇宙的膨胀和我们在夜空中看到的星系的形成。”

ABRA实验现有的探测灵敏度弱于欧洲核子中心已有的太阳轴子望远镜（CAST），下一阶段的实验灵敏度预计也远远达不到QCD轴子理论预言的耦合强度。

Winslow称，他们将继续运行实验，以达到更高的灵敏度，与此同时，他们也计划扩大实验规模，希望可以探测到质量更轻的轴子。

轴子是一种超出标准模型预言的赝标量基本粒子。最早由Peccei、Quinn、Weinberg、Wilczek等人提出，并由Wilczek命名。轴子源自于高能标的对称性破缺，可以解决量子色动力学的疑难问题和中子电偶极矩的精细调节问题。

国际上的其他主流轴子探测大多聚焦于微电子伏特，如由Sikivie等人提出，现位于华盛顿大学的高精度微波共振腔实验ADMX。

麻省理工学院理论物理学家们提出了ABRA实验方案，用于探测更低质量的纳电子伏的轴子。2018年，麻省理工学院的物理学家温斯洛团队进行了这个实验的首次试运行，在当年7月至8月期间不断取样。

粒子物理的标准模型是人类认识自然的伟大胜利，但是，众多迹象表明这一标准模型并不完整。除无法解释暗物质、暗能量等天文学和宇宙学上的发现之外，标准模型自身也有一些问题。

物理学的发展历史表明，理论自身的需要是通向新物理的必由之路。轴子起源于标准模型中量子色动力学解释自身理论疑难的需求，同时又可以对宇宙中的暗物质加以合理解释。因此，轴子的提出既是理论自身的需要，同时又可以解释暗物质的观测结果。故轴子在物质的基本相互作用和宇宙起源与演化两大app问题方向上都具有重大意义。

更有趣的是，类似轴子的粒子（类轴子）广泛存在于高时空维度的理论中，如超弦理论。因此，轴子也是打开普朗克能标物理的一个窗口。但是，轴子的理论质量范围非常广阔，最轻的模型可以小到Witten等人提出的zepto电子伏特（纳电子伏特的万亿分之一），而量子色动力学模型则倾向于微电子伏特。

目前app家们尚不能确定轴子的具体质量，由于它们与普通物质的耦合非常弱，这给实验探测带来了挑战。然而一旦能够在实验上验证轴子或类轴子的存在，则会让我们的基础理论向着物理学终极问题前进一大步。

引力波的发现为人类打开了认识宇宙的全新窗口，暗物质轴子的探测是否能够打开另一扇窗？我们拭目以待！

（作者单位：明升中国app院高能物理研究所、明升中国app院理论物理研究所）