寻找暗物质，他们发现了另一个谜团

它可能是解开宇宙秘密的钥匙。或者仅仅是恼人的背景噪音，这是另一个需要在未来的实验中校准的项目。

一组寻找暗物质的科学家记录到来自意大利一座山下的一大桶液体氙气发出的可疑ping信号。他们还没有声称已经发现了暗物质--或者任何东西--就这一点而言。但他们说，这些ping信号可能会挖掘出一种新的宇宙观。

科学家们说，如果信号是真实的并持续存在，这可能是一种名为轴子的亚原子粒子从太阳流出的证据。长期以来，轴子被认为在保持自然对称性方面发挥着关键作用，但从未被看到。

“这不是暗物质，但发现一种新的粒子将是惊人的，”哥伦比亚大学的埃琳娜·阿普里尔(Elena Aprile)说，她领导了氙气合作项目，该项目进行了这次探测。

在一份声明中，该合作机构表示，探测轴子将“对我们对基础物理学的理解产生重大影响，但也会对天体物理现象产生重大影响。”

但对这一发现还有其他解释。科学家们可能没有探测到轴子，而是探测到了一种新的、意想不到的滑溜溜的幽灵粒子的特性，称为中微子。另一种同样可能的解释是，他们的探测器被极少量的氚污染，氚是一种罕见的氢的放射性形式。

或者，这可能只是一种统计波动，会随着更多的数据而消失。阿普里尔博士团队的成员承认，他们目前拥有的最好的解释--轴子是罪魁祸首--有万分之二的机会是偶然的，与粒子物理学需要不到百万分之一的“5西格玛”标准来证明一项“发现”相去甚远。

芝加哥大学(University Of Chicago)的埃文·肖克利(Evan Shockley)在一封电子邮件中说：“我们想非常清楚地表明，我们报告的只是观察到的过量(相当重要的)，而不是任何形式的发现。”

麻省理工学院(Massachusetts Institute Of Technology)诺贝尔奖获得者弗兰克·威尔切克(Frank Wilczek)是最早提出轴子的物理学家之一，他在论文中指出了合作的自己的警告。但他说，这“当然很耐人寻味，物理界将热切期待进一步的发展。”

纽约大学粒子理论家尼尔·韦纳(Neal Weiner)说：“我在这里尽量保持冷静，但很难不夸张。”“如果这是真的，称其为游戏规则改变者将是轻描淡写的。”

洛杉矶卡夫利基金会(Kavli Foundation)的宇宙学家迈克尔·特纳(Michael Turner)称氙气合作是“一次美丽的实验”。

“我真的很想相信，但我想这可能会让我心碎，”他说。“但就目前而言，我感到兴奋的是，它可能是一些新的、重要的东西，让我们所有人都感到振奋。”

在一系列旨在探测和识别暗物质的努力中，阿普里尔博士的氙气实验目前是最大、最灵敏的。天文学家得出结论，暗物质是一种神秘的物质，充斥着宇宙，重量是普通原子物质的五倍。

在现代宇宙学中，暗物质是宇宙的秘密武器。它聚集在看不见的云层中，将普通的原子物质吸引成团块，最终照亮为恒星和星系。

最好的猜测是，这种暗物质由宇宙大爆炸遗留下来的奇异亚原子粒子云组成，通常被称为WIMP，即弱相互作用的大质量粒子，质量是氢原子的数百倍或数千倍。

氙气合作是一个由来自28个机构和11个国家的163名科学家组成的多国团队。在意大利格兰萨索国家实验室(Gran Sasso National Laboratory)岩石下一英里的隧道里，阿普里尔博士和她的同事们用光电倍增管和其他传感器连接了一连串装有液体氙气的大桶。希望她的团队的设备--在地下很远的地方保护它免受宇宙射线和其他形式的干扰--能够发现wimp和氙气原子之间罕见的碰撞。碰撞应该会产生一道闪光和一团电荷。

最新版本名为XENON1T，从2016年到2018年运行，目标是两吨氙气。

芝加哥大学的卢卡·格兰迪(Luca Grandi)解释说，在对该实验的最新分析中，研究小组寻找的是从碰撞中退缩的电子，而不是更重的氙核。在其他方面，这可能是比假定的撞击氙气的WIMP轻得多的粒子的特征。

模拟和计算表明，随机事件在一年的时间里应该产生了大约232个这样的反冲。

但从2017年2月到2018年2月，探测器记录到285个，超过53个反冲。

格兰迪博士说，“我们在一年多前就看到了过量的情况，我们试图以任何方式摧毁它。”他指的是测量结果。

这次合作已经进入最后阶段，准备一个更大、更灵敏的实验版本。由于意大利的冠状病毒封锁，它被推迟了，但现在可能在今年年底启动。

格兰迪博士说，如果超量是真的，它应该会在开始运行后的一两个月内出现。

因此，就目前而言，所有三种可能性-轴子、中微子或氚-都仍然存在，他说。

轴子的故事始于1977年，当时加州大学洛杉矶分校(University of California，Los Angeles)教授罗伯托·佩奇(Roberto Peccei)和斯坦福大学(Stanford)荣休教授海伦·奎恩(Helen Quinn)建议对支配强核力的理论进行轻微修改，以确保它不随时间方向变化，物理学家认为这一特征对宇宙来说是必要的。加州大学洛杉矶分校(University of California，Los Angeles)教授罗伯托·佩奇(Roberto Peccei)于6月1日去世。

德克萨斯大学奥斯汀分校的威尔切克博士和史蒂文·温伯格都独立地意识到，这种修饰暗示着一种新的亚原子粒子的存在。威尔切克博士称它为轴子，这个名字一直沿用至今。

他最近在“广达”杂志的一篇文章中写道：“几年前，超市展示了一种名为Axion的色彩鲜艳的洗衣粉盒子，引起了我的注意。”“我突然想到，‘Axion’听起来像是粒子的名字，真的应该是粒子的名字。”

轴子从未被直接或间接探测到。而且该理论没有预测它们的质量，这使得寻找它们变得困难。它只预测它们会很奇怪，几乎不会与普通物质相互作用。理论家们设想了许多版本的轴子，它们可以在宇宙中扮演不同的角色，包括成为充满宇宙并束缚星系的暗物质，而不是WIMPS。虽然它们不是WIMP，但它们分享了一些想象中的粒子奇怪的能力，比如能够像烟雾一样漂浮在地球和我们的身体里，就像穿过纱门的烟一样。

然而，根据特纳博士的说法，为了满足宇宙学家的要求，这种暗物质轴子的质量需要小于千分之一电子伏特，这是物理学家喜欢的质量和能量单位。(相比之下，在你的智能手机里跳舞的电子每个的重量是50万电子伏。)。他们在影响力上的不足，在数量上将远远弥补不了。

这将使单个宇宙暗物质轴子变得太慢，太空灵，不能被氙气实验探测到。

但格兰迪博士说，轴子也可能是由太阳中的核反应产生的，这些“太阳轴子”将有足够的能量将氙气探测器对准最灵敏的位置。

根据威尔切克博士的说法，太阳轴子不会是暗物质，但证实它们确实存在，将是朝着开启另一种轴子可能是暗物质的可能性迈出的重要一步。

他承认，结果可能是氚解释了过量，氚污染只是未来探测器必须考虑或校准的另一个细节。

“当然，我们对这些是真实信号的可能性感到非常兴奋，”格兰迪博士说。

他补充说：“它指向了超越标准模型的物理，所以这是一件大事。”所以我认为这将是一项重要的发现。“。

格兰迪博士现在正在意大利北部，他急于回到格兰萨索，开始让氙气实验的下一阶段上线。

几周后将离开纽约前往意大利的阿普里尔博士说，“我大部分时间都很兴奋，但真正令人兴奋的是，这让你感觉非常好，因为你即将有一个新的探测器。”

“我们需要推动，”格兰迪博士说，“现在我认为，你知道，我们可能坐在了一些可能真的很令人兴奋的东西上。”