暗物质实验发现无法解释的信号

由于WIMP的搜索一直一无所获，氙气科学家几年前意识到，他们可以利用他们的实验来搜索可能通过探测器的其他类型的未知粒子：撞击电子而不是氙核的粒子。

他们过去把这些“电子反冲”当做背景噪音来对待，事实上，这些事件中的许多都是由放射性铅和氪同位素等普通来源引起的。但在经过多年的改进以大幅减少它们的背景污染后，研究人员发现，他们可以在低水平的噪音中寻找信号。

在他们的新分析中，物理学家们检查了第一年的XENON1T数据中的电子反冲。他们预计会看到大约232个这样的反冲，这些反冲是由已知的背景污染源引起的。但实验发现了285个-53个盈余，这意味着一个下落不明的来源。

研究小组将这一发现保密了大约一年。“我们一直在努力工作，并试图理解，”阿普里尔说。“我是说，这些穷学生！”在剔除了他们能想到的所有可能的误差来源后，研究人员提出了三种解释，它们符合他们数据图表中凸起的大小和形状。

首先，也可能是最令人兴奋的是“太阳轴子”，这是一种在太阳内部产生的假想粒子，类似于光子，但质量很小。

最近在太阳中产生的任何轴子都不可能是自原始时代以来塑造宇宙的暗物质。但是如果实验探测到了太阳轴子，那么就意味着轴子的存在。斯坦福大学(Stanford University)粒子物理学家彼得·格雷厄姆(Peter Graham)说，“这样的轴子也可能在早期宇宙中产生，然后会构成暗物质的某些组成部分。”他对轴子及其探测方法进行了理论推导。

研究人员说，从XENON1T的凹凸中推断出的太阳轴子的能量与轴子暗物质的最简单模型不相符，但更复杂的模型可能可以协调它们。

另一种可能性是，中微子--自然界已知的最神秘的粒子--可能有很大的磁矩，这意味着它们就像小小的条形磁铁。这样的性质将允许它们以增强的速度与电子散射，从而解释了电子反冲过剩的原因。格雷厄姆说，拥有磁矩的中微子“也将非常令人兴奋，因为它表明了超越标准模型的新物理。”

但也有可能氙气箱中存在微量的氚，这是一种稀有的氢同位素，它们的放射性衰变会产生电子反冲。XENON1T团队在他们的论文中写道，这种可能性“既不能证实，也不能排除”。

外部研究人员说，正如Falkowski所说，有“不是红色的旗帜，而是橙色的旗帜”，这指向了无聊的答案。最重要的是，如果太阳产生轴子，那么所有的恒星都会产生轴子。这些轴子将少量能量从恒星中抽走，就像水蒸气带走沸腾的水壶的能量一样。在像红巨星和白矮星这样的非常热的恒星中，轴子的产生应该是最大的，这种能量损失将足以冷却恒星。Zurek说：“一颗白矮星会产生如此多的轴子，以至于我们不会像今天这样在周围看到炽热的白矮星。”

具有大磁矩的中微子同样也不受青睐：与标准中微子相比，更多的中微子将在恒星内部自发产生，消耗更多的恒星能量，并比观测到的更多地冷却热星。

但这一逻辑可能是有缺陷的，或者其他一些粒子或效应可能解释了XENON1T的凹凸不平。幸运的是，物理界不必等待太久就能得到答案；XENON1T的继任者XENONnT实验-将监测8.3吨氙气中的反冲-将于今年晚些时候开始收集数据。“如果过剩是存在的，并且处于相同的水平，”Grandi说，“那么我们预计在几个月的数据采集中能够区分[可能性]。”

“有一件事是明确的，”芝加哥大学的暗物质物理学家胡安·科拉(Juan Collar)说，他没有参与这项实验。“氙气计划继续在暗物质领域开拓进取。最敏感的实验将是第一个遇到意想不到的情况，氙气继续牢牢抓住那个宝贵的杆位。“