在XENON1T实验中，莱斯大学的物理学家们分享了轴子的可能性
XENON1T已经证明了没有什么比过量更成功。
莱斯大学的科学家们今天在意大利进行的实验显示，他们发现了过量的——也许是宇宙中的——粒子，这些粒子可能不是他们一直在寻找的暗物质的证据，但很可能是另一类难以捉摸的粒子——轴子的证据。
Christopher Tunnell是物理学、天文学和计算机科学的助理教授，他领导着赖斯的天体粒子物理学家团队，其中包括副教授Petr Chaguine。他们是来自28个机构的163名科学家的国际合作的一部分，他们共同撰写了一篇论文，发表在预印本图书馆arXiv上。这篇论文已提交给一家杂志接受同行评审。
意大利的XENON1T实验发现了多余的信号，这些信号可能是轴子存在的证据。承蒙氙实验
XENON1T是一种高度敏感的暗物质实验，2018年在意大利地下深处运行，目前正在升级，甚至在2019冠状病毒大流行期间。
暗物质约占宇宙的85%，但目前还没有发现它存在的直接证据。构建XENON1T就是为了找到它。氙1t检测器含有3.2吨超纯液化氙，其中2吨作为粒子相互作用的靶。
当一个粒子穿过目标时，它可以产生微弱的光信号和氙原子的自由电子。大多数这些相互作用发生于已知存在的粒子。因此，科学家们仔细地估计了氙气中本底事件的数量。
在这篇新论文中，合作者们透露他们观察到的事件比他们预期的232件多出了53件。“这一领域的所有发现都是从无法解释的过剩开始的，看到这种过剩的兴奋感被理解它所需要的大量工作抵消了，”Tunnell说。
过量的来源还没有被完全理解。事件的签名类似可能源于一个微小的残余的氚(一个氢原子和一个质子和两个中子),但是也可能是一个迹象表明更令人兴奋的东西:一个粒子称为太阳能axion,或未知属性的显示中微子。
“可能是我们在寻找暗物质的时候，发现了更奇怪的东西，”Tunnell说。
到目前为止，XENON1T的科学家们只观察到暗物质存在的间接证据，而一个明确的、直接的探测尚未进行。所谓的大质量弱相互作用粒子(WIMPs)在理论上是首选的候选者，XENON1T迄今为止已经在大范围的大质量弱相互作用粒子中对这些粒子进行了最敏感的搜索。
除了WIMP暗物质，XENON1T对不同类型的新粒子和相互作用也很敏感，这可以解释物理学中的其他未决问题。去年，利用同样的探测器，该团队在《自然》杂志上发表了他们观测到的最罕见的直接测量到的核衰变。
对当前过剩的一种解释可能是先前未被考虑的氙气探测器的背景信号来源，它是由微量氚的存在引起的。
氚是氢的一种放射性同位素，它通过发射一个能量类似于所观察到的电子而自发衰变。每10,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000个氙原子中只有几个氚原子才能解释这种过剩。目前，还没有办法证实或证明探测器中氚的存在。
另一种解释可能是理论粒子的存在。事实上，研究人员观察到的过量能量谱与太阳产生的轴子的能量谱相似。
克里斯托弗•特纳
切赫Chaguine
虽然这些太阳轴子不是暗物质候选者，但它们的发现将标志着首次观测到一种预测但从未观测到的粒子，这种粒子不仅对基础物理的理解有重大影响，而且对天体物理现象也有重大影响。此外，在早期宇宙产生的轴子也可能是暗物质的来源。
过量的中微子也可能是由于中微子，每秒钟都有数万亿个中微子不受阻碍地穿过你的身体。一种解释可能是中微子的磁矩(所有粒子的特性)大于它在基本粒子标准模型中的值。这需要新的物理学来解释它，而物理学家通常都欢迎这个挑战。
在氙气合作所考虑的三种解释中，从统计上看，观测到的过量现象与太阳轴子信号最为一致，尽管还不足以得出轴子存在的结论。这样的发现需要解释为什么恒星不会因为释放出这么多轴子而蒸发。
XENONnT实验的升级,将会有一个活跃的氙质量三倍和背景信号,预计将低于XENON1T,合作者有信心他们会发现是否多余的只不过是一个统计侥幸,背景污染物或更令人兴奋的东西:一种新粒子或超越已知的物理相互作用。
“我还记得当我还是博士生的时候听过太阳中微子问题的历史，从太阳观测到的中微子数量比预期的要少，”Tunnell说。年轻的科学家认为一定有新的粒子物理学发生，而年长的科学家总是假装有一些简单的解释，通常指责天文学家。
“尽管作为一名科学家，我对我们观察到新的粒子物理学持怀疑态度，但我期待像(赖斯大学的研究生)索菲娅·安达洛罗这样的年轻科学家来证明我的愚蠢。她获得了研究相关信号的奖学金。”
新闻旨在传播有益信息，英文原版地址：https://news.rice.edu/2020/06/17/dark-matter-search-turns-up-another-mysterious-particle/