暗物质探寻路漫漫？科学家指出，反物质或将成为问题关键|163

瑞士欧洲核子研究委员会“重子-反重子对称实验”发言人斯蒂芬·奥尔凡

图片：瑞士欧洲核子研究委员会

一篇发表的论文向人们提出这样一个疑问：假如反物质是人类通向暗宇宙大门的钥匙，这将意味着什么？

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人们通过测量宇宙发现：宇宙大部分质量来源于“暗物质”。暗物质存在于宇宙之中，人眼无法看见，它们会通过万有引力定律与常规物质相互作用。尽管人类在这方面做出了极大努力，却仍然无法直接检测暗物质的存在。科学家们试图从不同层面下手，来追寻暗物质的踪迹。其中一个团队另辟蹊径，将目光放在了轴子上，通过研究轴子与反物质相互作用的方式来探寻其存在。而轴子是许多人认为的暗物质候选粒子之一。

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轴子或许是除了WIMP（弱作用重粒子）之外，被认为最有可能的暗物质构成粒子，而目前科学家尚未发现弱作用重离子的存在。轴子原本是科学家们假设出来的一种质量极低的粒子，用以解决强CP问题（强电荷宇称问题）。然而，随后科学家们便意识到，轴子能够解释宇宙中的附加质量。

图解:当wimp击中原子核的时候，就会产生一个微小的气泡

与此同时，反物质有点类似常规物质的孪生恶魔兄弟：每种亚原子粒子都存在一种与之相对的反粒子，也就是质量相同，电荷相反的镜像存在。反物质并非特别罕见。事实上，地球上发生的典型的原子衰变过程就伴随着反物质的产生。但是，宇宙中反物质比常规物质要少得多，物理学家们也不甚确定原因究竟为何。

该论文第一作者、日本理化研究所研究人员克里斯汀·斯莫拉在邮件中向天文在线（一家科技网站）表示，科学家们普遍认为，暗物质会以相同方式，与常规物质和反物质相互作用。然而，“到目前为止，这一猜想尚未经过任何实验证实，因为在原子物理学中，科学家们对暗物质的搜寻使用的仍是物质探测器，”而并非反物质探测器。或许反物质与暗物质相互作用的方式与常规物质不同。

图片来源：Matthew Kapust/Sanford Underground Research Facility

日本、德国、瑞士以及美国研究所的研究人员使用的数据来自于瑞士欧洲核子研究委员会的“重子-反重子对称实验”。该委员会的反质子减速器能够产生与质子相对应的反物质，并降低其速度，利用“重子-反重子对称实验”将其困在极端真空室中。2017年，这一团队对产生的反质子进行了为期三个月的精确测量，观察其在磁场中的作用方式。目前，科学家们对数据进行了重新检测，试图寻找出反质子自转进动发生的变化。粒子的内在性质能够使其进行自旋运动，就像是量子级别的陀螺。粒子在与轴子，这一理论上的暗物质粒子，发生相互作用时，可能会改变粒子绕其自转轴旋转的方式，改变自转轴顶端摆动的方式，直到粒子坠落。这种搜寻策略还存在一种额外的优势：如果暗物质和反物质相互作用的方式不同于其和常规物质相互作用的方式，这种策略或许能够帮助解释宇宙中常规物质远远多于反物质的原因。

图解:反物质原子光谱测量

《自然》杂志刊登的这篇论文表示，研究人员并未发现有关轴子的任何证据。这种情况在暗物质探寻过程中早已是家常便饭。不过，在当今这个物理学时代中，所有可见的事物都早已不再神秘。因此，科学家们不得不花费大量时间来排除暗物质所不具备的特性，希望某个发现最终会从所有那些无效结果中会冒出来。这次粒子探寻过程至关重要。美国新罕布什尔大学从事轴子研究的天体物理学副教授钱达·普雷斯科德-韦恩斯坦在与天文在线的邮件中表示，“我很高兴看到，终于有人开始关注除轴子-光子耦合之外的轴子耦合”，也就是说去寻找与已知粒子相互作用的轴子，而并非那些与光子相互作用的轴子。