什么是轴子（Axion）？轴子是一种假设的基本粒子，如果轴子存在，就会解决一个涉及“CP对称”规则的问题。

额外的好处是，它们的存在还可以解开科学上另一个令人困惑的谜团 —— 帮助星系聚集在一起的无形的附加质量，即暗物质。

虽然，有一些诱人的迹象表明它们的存在，但物理学还是没能证实，它们是我们正在寻找的解决方案，还仅仅是一厢情愿的想法。

什么是CP对称？

在这种情况下，C代表电荷，就像电子的负性和质子的正性一样，而P代表宇称，一个描述粒子空间坐标的术语，比如它是向左弯曲还是向右旋转。

对称指的是不会对特定特征产生太大影响的变化，就像将一个正方形旋转90度不会改变它是一个正方形的事实一样。

通常，将一个粒子的电荷从正电荷翻转到负电荷，或者反之亦然，都会改变它对另一个粒子的电荷的反应。

然而，如果我们把一个过程中涉及的所有电荷都翻转过来，把它们都变成它们的反粒子，则什么也不会改变。同样的规则仍然适用。我们可以说一个“电荷翻转”的宇宙是对称的。

同样，翻转空间坐标，让我们的宇宙看起来像在镜子里，左边现在是右边，右边现在是左边，也会运行相同的物理原理。这个“奇偶翻转”版本的宇宙也将是对称的。

顺便说一句，时间也有对称性。对于大多数规则，倒回一个过程，应该只是带你回到你开始的地方，看起来没有任何不同。

如果我们观察物理学中的任何特定规则，如果在将电荷和空间坐标一起翻转后规则仍然有效，我们可以说它具有CP对称性。大多数规则似乎都很好地遵循了这一趋势，直到事实并非如此。

1964年，包括美国粒子物理学家詹姆斯·克罗宁和核物理学家瓦尔·费奇在内的一个研究小组，在两种不同的夸克-反夸克配对（称为介子）的衰变中发现了一些东西，这些东西只有在CP对称对弱相互作用不成立的情况下才会被发现。

有一个观察结果是很烦人的，但仍然可以被认为是一种实验性的怪癖。近几十年来，在由夸克组成的粒子中也出现了更直接的证据，可能在其他粒子中也出现了，这让人们相信，至少在很小比例的相互作用中，存在真正的断裂。

什么是强CP问题？

令人沮丧的是，当夸克在质子和中子等粒子内部被强作用力捆绑成群时，我们没有看到CP违背发生。

物理学家称其为“强CP”问题，它恰好是我们观察到的一个恼人的空白，即我们预计电荷和宇称对称性的组合何时会被破坏（以及何时不会）。

标准模型表明，如果我们在其中一个中看到它，我们也应该在另一个中看到它。所以，有些事情不太对。也许标准模型出了问题。或者，也许需要一些聪明的调整来使它完全合适。

1977年，物理学家罗伯托·佩奇（Roberto Peccei）和海伦·奎恩（Helen Quinn）提出了一个解决方案，通过引入一种新的场来解释这种差异。

问题解决了，对吧？唯一的问题是，新场意味着一种新的粒子，一种不带电荷、质量很小很小的粒子。

他们称其为“轴子”，以一种洗衣粉的名字命名，希望它能清理他们的烂摊子。

不幸的是，它给物理学留下了难以洗掉的污点。

这些轴子都在哪里？

尽管，几十年来一直在寻找具有轴子特征的粒子，但没有发现任何具体的东西。

尽管如此，物理学家们并没有放弃寻找。

一种方法是寻找当粒子通过磁场时会变成光子的粒子。虽然一些实验没有发现这种现象的痕迹，但其他实验继续暗示了它的可能性。

2020年，一项名为“XENON1T”的实验得出的结果很容易被解释为轴子，因为它们非常吻合。轴子在磁场中的发光，也可以解释2022年新视野号探测器观测到的遥远黑暗的意外发光。

然而，物理学是一个保守的领域，在有人将其作为轴子的发现来庆祝之前，还需要更多的数据。

如果我们找到轴子会发生什么？

首先，强CP问题将不再是一个问题。

轴子也应该在早期宇宙中大量出现，被挤出被认为迅速膨胀到巨大比例的空间。理论还预测，它们会受到磁场的阻力，使它们减速，这样它们就不会那么快地相互远离。

如果它们确实出现了，它们不应该以任何明显的方式与其他粒子相互作用，这使得它们更难被发现。

尽管它们的质量很小，但它们庞大的数量和相对缓慢的运动，仍然会使它们聚集在一起，形成巨大的物体，其行为会像暗物质一样不可思议。

轴子的存在，将填补我们对宇宙认识的一些难以置信的空白，就像希格斯玻色子填补了我们对质量的知识中一个令人困扰的空白一样。

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