轴子，宇宙中质量最轻的粒子之一轴子，真的存在吗
潜江龙资讯网
轴子（axion），注意，不是柚子，能不能吃不知道，因为还没有人“见过”它轴子。
轴子是粒子物理学以及天文学宇宙模型中预言，或者说是假想的一种粒子。轴子是超出现在标准模型之外的一种粒子，所以说轴子可能是基本粒子，当然也可能与基本粒子有区别，因为轴子在理论预言中的很多性质与我们对暗物质设定是相符的，所以轴子也是暗物质的候选者之一。
目前科学家对轴子的性质所知甚少，依据理论预测，其质量大约在10^-6～10^-2eV（电子伏特）之间，没有颜色（基本粒子中那些红、绿、蓝这些“颜色”都只是一种量子态的代号，不是我们平时看到的颜色）也没有电荷，自旋为0，所以属于玻色子。
这里解释一下质量为什么用eV-电子伏特而不用千克这种质量单位来表示，这也很容易理解，因为根据爱因斯坦的质能方程E=mc^2，质量与能量本质是一样的，质量既是能量，是可以相互转化的，这在量子力学研究中是很常见的，所以在量子力学中用这种能量单位来表示粒子的质量也是常见用法。比如例一对正反质子质量都是1GeV（十亿电子伏特），那么这一对正反质子湮灭时，其全部质量都转化成了能量，那么放出的能量就是2GeV。这样表示的话要比用千克方便一些。
那么轴子是不是最轻的粒子呢，只能对比看一下了。
1电子伏特也就是1eV，表示一个电子经过1伏特的电位差加速后所获得的动能。keV表生千电子伏特，MeV表示百万电子伏特，1 GeV=1000 MeV。
质子，标准的重子，其能量（质量）为0.938 GeV，
电子，电子能量为511 keV，
至于中微子
而轴子，能量在10^-6～10^-2 eV，
轴子与质子质量相差了11～15个数量级，所以目前看，如果轴子被证明存在并且发现，那么可以说轴子是宇宙中最轻的粒子。如果还不清楚，可以根据质能方程换算一下，变成熟悉的千克形式。
1 eV/c = 1.783×10^-36kg，1 keV/c = 1.783×10^-33kg，
1 MeV/c = 1.783×10^-20kg，1 GeV/c = 1.783×10^-27kg，自行换算吧。
为什么要寻找轴子？因为科学家要寻找暗物质，毕竟依据现在的研究，暗物质要比普通物质多得多，但现在对暗物质的寻找还没有什么突破性的发现，目前天文学家对暗物质有一个“共识”，认为暗物质的主要成分是不参与电磁相互作用的粒子，这些粒子被统称为弱相互作用重大质量粒子（Weakly interacting massive particles，简称WIMP）。轴子是其中假设的一种粒子。
虽然轴子可能无处不在，但它们实际上更像一个“幽灵”，在宇宙中与其他物质只有极其微弱的相互作用，我们在日常生活中是完全感受不到的，但在宇宙尺度的层面上会产生明显的作用，比如对宇宙的膨胀与星系的形成都会产生影响。不管怎么说，目前对轴子的研究和寻找还没有突破，国外的研究机构也进行了相关的实验，但还没有发现任何轴子的痕迹，对于轴子，对于暗物质的研究，这个道路还是很漫长的，不过一旦有了突破性的发现，也许离建立完整的标准物理模型就不远了。
科学家们预计，看不见、摸不着的暗物质（Dark Matter），约占宇宙质量的 85% 。遗憾的是，其与常规物质的相互作用非常微弱，以至于物理学家们一找就是几十年。
一种被叫做“轴子”（Axions）的疑似暗物质粒子，属于长期的候选之一。不过最近，科学家们已经通过最新的研究，将这种可能性排除在外。
在一项最新的实验中，科学家发现这个假想粒子（至少在一定质量范围内）并不存在。（via：New Atlas）
关于暗物质的可能构成，物理学家们已经提出了许多理论。然而发现暗物质的不同实验，通常集中在一种特定类型的粒子上。尽管没能找到确切的内容，但这至少有助于缩小未来研究的方向和范围。
此前，HADES 粒子探测器已经排除了“暗光子”（Dark Photons），且 LUX 和 XENON1T 也排除了某些类型的“弱相互作用”大质量粒子（WIMP）。
本文介绍的最新研究，围绕另一个不同的嫌疑对象展开，它就是“轴子”（Axions）。假想中这类体态轻盈的中性粒子无处不在，且与周围的漂浮的常规物质相互不起作用。
有理论称，轴子或许会与电、磁产生相互作用，所以研究人员决定通过专门设计的实验来检测。
首席研究员 Lindley Winslow 表示：“暗物质不会对人们的日常生活产生影响，但它们被认为可能宇宙的膨胀、以及我们在夜空中观察到的星系形成”。
新型轴突探测器的横截剖面图（图自：MIT）
几年前，麻省理工学院的研究人员，提出了一个理论上可用于检测轴子的思想实验。简单说来就是：
由电磁场的性质可知，环形磁铁的中心不应有磁场。但若有轴子在到处乱窜，它们可能会在那个‘死区’（deadzone）创造出一个微弱的信号。
Winslow 表示，这项实验的理念很是诱人，如果能找到疑似轴子的信号，那它几乎不可能是其它缘由。
借助放大 B 场环装置，研究团队将这项实验命名为‘宇宙轴子探测的一种宽频 / 共振方法’（简称 ABRACADABRA）。
基本上，该装置就是一个小型圆环状磁铁，被保持在冷却至趋近绝对零度的腔室中。目前其已完成这套系统的构建，并且公布了最新的实验结果。
为抵消来自冷却系统的振动干扰，舱室被悬吊在细线上，此外实验室屏蔽了外部的热量、噪声和电磁干扰。
在实验进行的第一个月，团队没有检测到任何质量在 0.31 到 8.3 纳电子伏特之间的轴子的迹象。
有鉴于此，研究团队得出了两种可能的结论 —— 要么轴子比这两个范围更大或更小，要么它们对电磁的影响，比此前设想的还要小。
然而本次试验的测试精度已经相当微小，只有百亿分之一。当然，这项研究的无效结果，并未驳斥暗物质的理论。
目前物理学家仍有一长串的‘候选粒子’，每一次的实验跨越，都是进一步缩小了筛查的方向与范围，让我们更加接近于终极的答案。
据悉，诸如 nEDM 之类的其它实验，已经对其它类型的候选粒子展开寻找。在未来的实验中，我们仍有希望迎来在一定质量范围内的结果。
有关这项研究的详情，已经发表在近日出版的《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。原标题为：
《First Results from ABRACADABRA-10 cm: A Search for Sub-μeV Axion Dark Matter》
