长期以来，物理学家们都假设存在一个称为轴子的微小粒子，该粒子可以解决两个物理学谜团：它可以解释夸克、质子和中子内部的基本粒子的令人费解的性质，并且可以包含填充宇宙的暗物质。现在，本周将在《物理评论快报》上发表的论文表明，轴子也可能是解决第三个物理学谜团：这就是为什么宇宙中物质比反物质大得多的不对称性问题。轴子（axion）是一种假想的亚原子粒子，这个粒子的想法来自物理学家罗伯托·佩西（RobertoPeccei）和海伦·奎因（HelenQuinn）的工作，他们在年设想了一个渗透到所有空间的能量场。他们表明，这个能源场将解决“强大的CP问题”，这是当今最大的自然界谜团。问题提出了为什么强大的核力量会以与影响镜中反射的反夸克完全相同的方式影响夸克。这就是为什么力遵守电荷奇偶性（或CP）对称性的原因。诺贝尔物理学奖获得者弗兰克·威尔泽克（FrankWilczek）和史蒂芬·温伯格（StevenWeinberg）研究了相关粒子，威尔泽克将其命名为轴子。研究人员后来意识到，看不见的轴子可能具有适合暗物质的特性。现在，轴子是暗物质的主要候选者之一，它仍然是解决强CP问题的最著名解决方案。理论预测轴子的质量极微小，只有到eV，即约为电子的五千亿分之一到五千万分之一，而且电荷和自旋都是零。目前探轴子的方法有两种。一种是利用一束线偏振的激光照射到一个具有强磁场的真空中，然后观测激光穿越磁场后的偏振变化。另一种方法是每当十月左右类星体3C与太阳和地球排成一直线的时候，3C发出的光子通过太阳，而这些光子可能会被太阳的磁场转成轴子，并且又变回光子，而探测这些光子可以帮助我们了解轴子的是否存在。年，在英国莱斯特大学的研究小组利用欧洲航天局X射线天文台和XMM-牛顿天文台整个数据库的研究中的发现了直接检测到暗物质的潜在暗示。在X射线背景即移除了明亮X射线光源后的天空中发现了一个季节性信号，与轴子的理论预测相一致。轴子可能产生于太阳核心，在地球磁场作用下转化为X射线，据预测通过磁场朝太阳方向观察时，轴子产生的X射线信号将最强烈，这与观测相吻合。年，麻省理工学院的研究人员设计了一种使用强磁场检测轴的方法。磁场不必强于MRI扫描仪产生的磁场，并且磁场应显示出轻微的波动变化，该变化与轴子的质量有关。在年，马克斯·普朗克固体化学物理研究所的研究团队发表了他们在Weyl半金属内的轴子绝缘体的检测方法。轴子绝缘体是准粒子，被电子所激励，一起表现为轴子，其发现与轴子作为基本粒子的存在是一致的。最近，物理学家们在一篇新论文中认为，被称为轴子的假设粒子可以解释宇宙为何不为空的原因。一项新的研究表明，旋转的能量场可能是如何产生这种极为重要的不对称性的。普林斯顿高级研究所的日裔物理学家启辅谷（KeisukeHarigaya）说：“我们发现了轴子的一些新动态，从而产生了物质-反物质的不对称性。”这个名为“轴子创世记”（Axiogenesis）的新想法可能会进一步激发对轴子的实验性搜索。启辅谷与其他研究人员一道于几年前开始合作，他们发现，宇宙诞生后，轴子运动场将导致轴子磁场旋转，从而在反物质上产生过多的物质。解释物质-反物质的不对称性的轴子场的旋转，就像一个帽檐很高的墨西哥帽，这是定义轴子力场的数学函数的形状，帽子的冠部或侧面的高度反映了视野中的能量。理论上，“墨西哥帽”势是一种数学函数，它定义了早期宇宙中轴野的可能状态。新论文认为，轴松弛场在墨西哥帽松弛到其最小能量状态时会围绕墨西哥帽旋转，从而引起了宇宙的物质-反物质不对称性。在新研究中，启辅谷与其他研究人员认为这顶帽子看起来并不像过去所设想的那样。他们现在提出了一个推测，该推测越来越受到量子引力研究人员的支持，即自然界中可能不存在完美或“全局”对称性。因此，定义轴子场的数学函数在整个过程中看起来都不尽相同。其他量子力和场一定以某种方式影响了轴子场，使帽子的边缘摇摆不定。研究人员说，考虑到旋转的轴子场，“我们意识到其余的几乎都是自动的”。“我们只是进行计算，以查看从轴旋转到夸克到物质-反物质不对称的传输速率有多有效。”该轴子模型预测存在与希格斯玻色子有关的新粒子。需要这样的粒子来使一切在轴子场原始演化的正确时间发生。启辅谷说：“如果我们要求通过发现的新动力学解释暗物质和物质-反物质的不对称性，那么这种类似希格斯玻色子的存在实际上是一种确定的预测。”轴子研究先驱者威尔泽克凭借在强力方面的研究成果而获得了诺贝尔奖，他评价说，轴子是否可以解决关于自然界的两个或三个主要难题，“也许基本物理学中最重要的实验就是寻找轴子。”

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