根据本周发表的两篇科学评论，一种像波一样的微小粒子正逐渐成为暗物质的解释主流。
被称为轴子的理论粒子可能是科学家解释暗物质的最佳选择——暗物质是构成宇宙中所有物质的 85%，但却几乎不与我们“常规”物质相互作用的难以捉摸的物质。两篇新的评论展示了这种粒子是如何在近年来从亚军位置跃升至聚光灯下的。报告称，围绕暗物质的理论已经发展到使这些粒子更具说服力。它们还探讨了科学家们如何能够探测到轴子。两篇报告都于本周发表在《科学进展》杂志上。
达勒姆大学物理学家、理论评论作者之一的 Francesca Chadha-Day 表示，如果轴子是暗物质，那么“现在正有轴子穿过你”，但你注意不到，因为它们几乎不相互作用。她也参与了TOORAD，这是一个轴子探测器合作项目。
她说，当她十年前开始研究轴子时，它们更像是冷门的暗物质候选者。她认为，它们之所以越来越受关注，很大程度上是因为“大型强子对撞机或任何暗物质探测器”未能找到几十年来被认为是首选解释的暗物质——所谓的弱相互作用大质量粒子 (WIMP)。
两者都是难以捉摸的理论性亚原子粒子。那么轴子和 WIMP 之间有什么区别呢？
华盛顿大学轴子暗物质实验 (ADMX) 的物理学家兼发言人 Gray Rybka 说，WIMP 稍微更具实质性——它们是较大、较重、中性的粒子，有点像重原子的中心，他并未参与这两篇评论。
相比之下，轴子的质量更小，甚至比已知最轻的粒子中微子还要轻。由于质量如此之小，它们的行为很奇怪。
Chadha-Day 说：“关于轴子有趣的一点是，轴子暗物质更像是覆盖整个宇宙的一种场”，而不是个体粒子在运动。
每个物体都具有所谓的波粒二象性——这意味着事物在一定程度上表现得像波，在一定程度上表现得像粒子。例如，像电子这样微小的东西可以像粒子一样——在太空中穿行并像台球一样与其他粒子碰撞。但它也可以像波一样——与其他波结合，并且不会在任何一个特定位置确定存在。但是物体越重，这种效应就越不明显——它越像粒子。作为这种波动性的一个方面，轴子应该与光发生微弱的相互作用，并在被磁场包围时发生相互作用。如果它们存在，轴子可以转化为光子（即光粒子），光子也可以反过来转化为轴子。
Rybka 说，这篇理论评论“很好地总结了思路的走向”。Rybka 说，几十年前，WIMP 和轴子被同时提出来作为暗物质的解释。它们并非暗物质的唯一候选者，但它们是最突出的。
Rybka 说：“当时，科学界普遍倾向于 WIMP”，因为用现有技术更容易寻找它们。在寻找 WIMP 三十多年而一无所获之后，“有些人已经厌倦了这个想法。”
弦理论预测轴子应该存在，作为解决宇宙中物质和反物质平衡之谜的一种方法。
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轴子越来越受关注的部分原因是，研究人员现在拥有搜寻它们的先进技术。Rybka 说，关于如何建造探测[轴子]的实验，“想法层出不穷”。在过去的几年里，科学家们已经从设计实验探测粒子，转向“进行搜索，我们认为我们有很好的发现机会。”
Chadha-Day 说，到目前为止，像 ADMX 这样的实验试图通过建造一个具有强磁场且尺寸特定的腔室来探测轴子，使其能够与特定质量的轴子产生共振。这有点像大小不同的乐器——小提琴与大提琴——在接收不同音高的高低环境声音时会发出嗡嗡声。这种共振会使更多的轴子在腔体中转化为光子，极灵敏的探测器会探测到它们。
Chadha-Day 说，ADMX 只能探测到特定窄范围质量的轴子。然而，实验人员已经想出了巧妙的方法来制造可以探测更广泛质量范围轴子的探测器。她说，这很重要，因为“宇宙没有任何理由要善待我们”，并使轴子的质量易于搜索。”
天文学家还可以通过观察两个主要的磁场区域：星系团和中子星，来潜在地从太空观测轴子。轴子会改变落入星系中心黑洞物质的光谱。它们还会导致中子星发出比预期更多的无线电频率光。
如果这些正在进行和即将进行的实验在科学家期望的地方找不到轴子，理论家将不得不回到起点。但 Rybka 说，如果轴子被探测到，“我们终于会知道暗物质是什么了。”
更正，2022年2月28日： 本文的先前版本指出 Chadha-Day 领导了轴子理论 评论。 她是第一作者，但不是主编。
