用42年前预测，现在发现的轴子，或将能“听到”暗物质

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博科园：本文为物理学类

斯德哥尔摩大学和马克斯·普朗克物理研究所的物理学家们已经转向等离子体，这项提议可能会彻底改变对难以捉摸的暗物质研究。暗物质约占宇宙物质的85%，最初引入轴子是为了解释为什么将质子和中子聚集在一起的强力在时间上是相同的，所谓的轴子将为暗物质提供一个自然解释。而不是离散的粒子，轴子暗物质将形成一种在空间中流动无处不在的波。关于“轴子”基本粒子的存在，我们“博科园”于10月8日已发表文章说明发现42年前预测的基本粒子：轴子。

轴子是暗物质的最佳解释之一，但直到现在才成为大规模实验的焦点。现在，人们急于想出新的方法，在所有可能隐藏轴子的区域找到轴子。找到轴子有点像调谐收音机：必须调谐天线，直到找到正确的频率。而不是音乐，实验者将得到的奖励是“听到”地球正在穿越的暗物质。斯德哥尔摩大学物理系的Alexander Millar博士说：尽管想法良好，但轴子在合著者Frank Wilczek命名后的30年中一直被实验忽视，其研究发表在《物理评论快报》上。

研究小组的新研究关键见解是，在磁场中，轴子会产生一个小电场，可以用来驱动等离子体中的振荡。在等离子体中，电子等带电粒子可以作为流体自由流动。这些振荡放大信号，能产生更好的“轴子无线电”。与基于谐振腔的传统实验不同，这些等离子体的大小几乎没有限制，因此提供了更大的信号。这个区别有点像对讲机和广播发射塔之间的区别。研究作者斯、德哥尔摩大学物理系博士后马修·劳森博士说：没有冷等离子体，轴子无法有效地转化为光。

等离子体扮演着双重角色，既创造了一个能有效转化的环境，又提供了一个共振等离子体激元来收集转化暗物质的能量。这完全是一种寻找暗物质的新方法，并将帮助我们在完全未被探索领域中寻找暗物质的最佳候选者之一。建立可调谐的等离子体将使科学家能够进行比传统技术更大的实验，在高频下发出更强的信号。为了调谐这种“轴子无线电”，研究人员建议使用一种叫做“导线超材料”的东西，一种比头发更细的导线系统，可以移动来改变等离子体的特征频率。

在一块大而强大的磁铁内，类似于医院磁共振成像机中使用的磁铁，一种导线超材料变成了非常敏感的轴子无线电。在与研究人员的密切合作下，伯克利的一个实验小组一直在研究和开发这一概念，目的是在不久的将来建立这样一个实验。等离子体光晕望远镜是在这个参数空间中寻找轴子为数不多的想法之一。实验界如此迅速地掌握了这个想法，对于建立一个完整的实验来说，非常令人兴奋和充满希望。