一个物理学家团队取得了可能是首次探测到轴子的成果。
轴子是未经证实的、假设的超轻粒子，来自粒子物理学标准模型之外，该模型描述了亚原子粒子的行为。理论物理学家在1970年代首次提出轴子的存在，以解决控制强力的数学问题，强力将称为夸克的粒子结合在一起。但此后，轴子已成为暗物质的流行解释，暗物质是构成宇宙质量85%的神秘物质，但不发光。
如果得到证实，尚不确定这些轴子是否真的能解决强力中的不对称性。东京大学物理学家、参与该实验的 Kai Martens 说，它们也无法解释宇宙中大部分缺失的质量。这些似乎从太阳中流出的轴子，其行为不像物理学家认为填充星系晕圈的“冷暗物质”。而且它们将是在太阳内部新产生的粒子，而大部分外部的冷暗物质似乎自宇宙早期以来已经存在了数十亿年，一直没有改变。*
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而且也不确定是否真的探测到了轴子。尽管收集了两年的数据，但与物理学宣布发现新粒子所需的结果相比，信号的迹象仍然微弱。Martens 告诉 Live Science，随着时间的推移，随着更多数据的到来，信号的证据仍然有可能消失殆尽。
尽管如此，看起来确实有信号。它出现在意大利格兰萨索国家实验室的 XENON1T 实验中，这是一个黑暗的地下罐中，装有 3.5 吨（3.2 公吨）液态氙。至少还有两种物理效应可以解释 XENON1T 数据。然而，研究人员测试了几种理论，发现从我们的太阳中流出的轴子是对他们结果最可能的解释。
在今天美国东部时间上午 10 点（6 月 17 日）宣布之前，未参与该实验的物理学家尚未审查数据。记者在宣布之前听取了关于这一发现的简报，但有关该发现的数据和论文尚未公开。
Live Science 与两位轴子专家分享了 XENON 合作的媒体稿。
“如果这得到证实，并且 *如果* 是一个大问题，那么这是我物理学领域自宇宙加速发现以来最大的游戏规则改变者，”新罕布什尔大学的物理学家 Chanda Prescod-Weinstein 在一封电子邮件中告诉 Live Science，她不是该合作组织的成员。
（1998 年宇宙加速的发现表明，宇宙不仅在膨胀，而且膨胀速度还在加快。）
XENON 合作组织观察黑暗、绝缘的氙罐中微小的闪光——其中 XENON1T 是迄今为止最大的例子，它在 2016 年至 2018 年间运行。
在地下屏蔽了大多数辐射源的情况下，只有少数粒子（包括暗物质）可能会进入罐中并与内部液体中的原子碰撞，从而激发这些闪光。大多数闪光都很容易解释，是与物理学家已经知道的粒子的相互作用的结果。尽管实验室有地下屏蔽，但各种粒子仍然会到达那里，并解释了 XENON 探测器看到的大部分内容。XENON 研究人员寻找“过量”闪光，即比您根据已知的粒子物理学预测的闪光更多的闪光，这可能表明存在新粒子。
这是 XENON 探测器首次实际检测到过量，即低能量范围内活动激增，这与物理学家如果太阳轴子确实存在时的预期相符。
到目前为止，XENON 的结果已经部分排除了另一种暗物质候选者，“弱相互作用大质量粒子”（WIMP）。它没有检测到足够多的闪光，能量水平达到大多数 WIMP 会产生的水平来支持它们的存在，从而有效地排除了大多数可能的 WIMP 变体。但是，实验以前没有发现任何新粒子的证据。
“尽管 WIMP 多年来一直是主要的 DM [暗物质] 范例，但轴子也存在了大约同样长的时间，并且近年来寻找轴子的实验激增，”俄勒冈大学的物理学家 Tien-Tien Yu 说，她也没有参与 XENON 实验。
因此，如果得到证实，轴子探测将与暗物质研究的最新进展（包括较早的 XENON 数据）完美契合，这些进展使曾经流行的 WIMP 看起来希望渺茫。
然而，Yu 告诉 Live Science，仅凭这一点并不令人信服。
“如果这是真的，那将令人兴奋，但我持怀疑态度，因为可能存在一些以前未考虑到的背景来源，”她说。（她补充说，在没有看到数据的情况下也很难评估数据。）
例如，某些放射源可能以模仿太阳轴子与液态氙相互作用的预期模式的方式触发了 XENON1T 的传感器。
Yu 指出，以前曾有过未经证实的暗物质粒子发现的说法。而 XENON 可能发现的“太阳轴子”似乎并不代表真正的冷暗物质（它应该起源于早期宇宙并且是“冷的”），而是我们太阳中产生的热轴子。
（Martens 说这是真的，但太阳轴子——它仍然是以前从未探测到的、在宇宙中幽灵般穿行的大质量粒子——在许多方面仍然可以算作暗物质。但他承认，它们无法解释大部分缺失的质量。）
XENON 合作组织本身为这种效应提出了三种可能的解释，他们将其描述为罐内低能量事件的“过量”。
XENON 说，他们看到的过量的最佳拟合确实是太阳轴子。他们对该假设表达了“3.5 西格玛”的置信度。
Martens 说，这意味着，随机背景辐射产生信号而不是太阳轴子本身的几率约为 2/10,000。通常，只有当结果达到 5 西格玛显著性时，物理学家才会宣布“发现”新粒子，这意味着信号是由随机波动产生的几率为 1/350 万。
他们考虑的其他可能性不太令人信服，但仍然值得认真对待。
XENON1T 中可能存在未被探测到的放射性氚（一种氢的版本，带有两个中子）的痕迹，导致周围的液体闪烁。Martens 说，XENON 团队从一开始就努力避免这种噪音。不过，他说，这里有问题的微量氚将不可能完全屏蔽掉。而且随着 XENON1T 现在被拆除以构建更大的未来实验，不可能再回去检查。
氚假设与数据的拟合置信度为 3.2 西格玛。宾夕法尼亚州维拉诺瓦大学的物理学家 Joey Neilsen 没有参与 XENON 实验，他说这相当于随机波动产生信号的几率约为 1/700。
还有一种可能性是，中微子——来自太阳的微弱的已知粒子，也穿过地球——与磁场的相互作用比预期的更强。根据 XENON 合作组织的一份声明，如果这是真的，中微子可以解释他们看到的信号。他们写道，这个假设也具有 3.2 西格玛的置信度。
但 Yu 指出，即使中微子解释了 XENON 的结果，也必须重新排列粒子物理学的标准模型才能解释意想不到的中微子行为。
Yu 说，一个明显的线索可以表明是否应该认真对待太阳轴子假设：数据中的季节性变化。
她说：“如果信号确实来自太阳轴子，人们会期望由于太阳相对于地球的位置而导致信号发生调制。”
随着我们的星球离它绕行的恒星越来越远，太阳轴子流应该会减弱。Yu 说，随着地球离太阳越来越近，信号应该会变得更强。
Martens 说，在 XENON1T 信号中看不到季节性变化。对于 XENON1T 来说，信号太微弱了，而且实验运行时间太短，只有两年，无法捕捉到它。
物理学家可能会在近期内将 XENON1T 的结果视为初步结果。该团队表示，即将到来的、更大的 XENON 实验称为 XENONnt，仍在意大利建设中，一旦完成，应该会提供更清晰的统计数据。在美国和中国正在进行或正在建设中的进一步实验将增加现有数据。
Martens 说，一个希望是，当更灵敏的 XENONnt 探测器完成其 5 年运行后，季节性变化将从数据中显现出来。他说，这将强烈地支持太阳轴子。然后，所有国际实验可能会结合他们的原始氙气（利用全球供应的很大一部分）来建造一个 30 吨的探测器。也许到那时，就有可能详细研究这个信号（如果它是真实的）或探测其他暗粒子。
因此，这些结果仍然是初步的。尽管如此，Prescod-Weinstein 说，在宣布之前，物理学界已经有很多议论。
“如果这得到证实，那将是一件大事，”她写道。“在没有时间检查结果并与同行讨论的情况下，我犹豫是否要评论数据的强度。当然，我更希望看到 5 西格玛的结果！”
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* 编者注（2020 年 6 月 17 日）：我们在 Live Science 的合作伙伴在发布后编辑了本段，以反映 Kai Martens 的澄清。 Martens 说，虽然太阳轴子可能无法解决强力中的不对称性，但它们也可能解决这种不对称性。