世界上最强大的X射线激光器旨在解决中子难题，发现暗物质

【蜂耘网 激光光学】欧洲X射线自由电子激光器（XFEL）已被开发用于寻找轴子。

暗物质是一种神秘的物质，构成了宇宙的大部分质量。科学家们知道它的存在，因为它对星系的引力作用，但我们看不到它，它的确切性质仍然未知。

他们认为，一种被称为轴子的假想粒子可能是暗物质的关键组成部分。现在，牛津大学、英国科学技术设施委员会（STFC）和其他实验室的研究人员正在使用一种强大的新工具来寻找这些难以捉摸的粒子：欧洲X射线自由电子激光器（XFEL）。

位于德国汉堡，这个尖端的设施是世界上最大和最强大的X射线激光器的所在地。

轴子探测实验

轴子是假想的、微小的、轻的粒子。

XFEL设施有一个3.4公里（2.11英里）长的隧道，其中包含一个超导直线加速器和光子束线。它能产生每秒27000次的超短X射线闪光，这对这项开创性的实验至关重要。

该实验的原理被称为“光穿墙”。

在实验中，X射线在强大的内部电场引导下穿过锗晶体。这个场就像一个强大的磁场，允许光子转换成轴子（然后再转换回来）。

钛板阻挡了光子，但是轴子，如果存在的话，可以直接穿过。在另一边，它们转换回光子，然后可以被探测到。这种转化过程正是科学家们一直在寻找的。

根据新闻稿，这项初步研究表明，该实验对轴子的灵敏度与其他基于加速器的实验相当。

“这个实验强调了XFEL技术在解决基础物理学中一些最具挑战性的问题方面的多功能性，并推动了我们对宇宙理解的界限，”STFC实验等离子体物理学家、论文第一作者杰克·哈利迪博士说。

它为未来更灵敏地搜索特定质量范围内的轴子奠定了基础，旨在探测量子色动力学预测的轴子。

QCD理论解释了强力，它支配着夸克和胶子，对物质的稳定性至关重要。

寻找暗物质

在粒子物理学领域，一个长期困扰科学家的难题是：为什么中子虽然由带电夸克组成，却没有表现出电偶极矩？

这种缺失暗示了一种隐藏的机制，轴子可以解释这一点。专家们推测，这些粒子可能有效地“抵消”不平衡，否则会导致中子的电偶极矩。

如果轴子确实存在并以这种方式相互作用，他们的发现不仅将解决这个长期存在的难题，而且还将提供超越标准模型的物理学证据，标准模型是目前描述基本粒子和力的框架。

除此之外，轴子被认为是影响宇宙结构的暗物质的主要候选者。它不与光相互作用，所以望远镜看不见它。

轴子的性质，比如弱相互作用和低质量，使它们很自然地符合科学家们所期望的暗物质粒子所具有的特征。

在之前的一项研究中，一个独立的研究小组提出，假设的轴子可以在中子星周围形成云。如果它们确实存在，那么轴子将发射可探测的无线电信号。这可以帮助我们理解暗物质。

这项实验的结果发表在《物理评论快报》杂志上。

（蜂耘激光光学网  责任编辑：行云）