佔了宇宙85%的暗物質，爲什麼就是找不到？強CP軸子或許就是暗物質！

科學家使用腔日光鏡和低噪聲約瑟夫森參數放大器，進行一項搜索看不見的軸子暗物質研究。空腔天文望遠鏡是一種靈敏的儀器，旨在探測和研究發光體或其他物理現象周圍的光暈。另一方面，約瑟夫森參量放大器是可以用來操縱微波光場量子態的技術工具。在最新發表在《物理評論快報》期刊上的研究中，研究人員在銀河系暈中尋找質量在2.81-3.31eV之間的暗物質軸子。

這次搜索的結果，可能有助於排除之前的理論預測，爲未來尋找看不見的軸子暗物質提供信息。研究的合著者、華盛頓大學研究員尼克·杜(Nick Du)說：我們的研究是由兩個不同的物理學謎團推動，這兩個謎團都將通過探測軸子暗物質來解決，首先是暗物質之謎。過去的物理學研究證據表明，通常認爲的普通物質只佔宇宙總質量的大約15%。

剩下的約85%被認爲是由不吸收、發射或反射光線的粒子組成，因此無法使用傳統的物質研究技術進行檢測。這種被稱爲暗物質的不發光物質，仍然是當代物理學中最大的謎團之一，因爲研究人員仍然不確定它是否存在，以及它是由什麼組成。雖然現在已經使用各種儀器對暗物質進行了無數次的搜索，但到目前爲止，這種神秘的物質還沒有被觀測到或探測到。

暗物質可能是什麼的一種可能解決方案來自於另一個物理領域，即核物理，其形式是另一個被稱爲強CP問題的謎團。強CP問題的一種流行解決方案，預測了一種被稱爲軸子的新粒子存在，軸子的性質，使其成爲暗物質一個引人注目的候選者。在尋找軸子暗物質方面，ADMX的合作希望既解決強CP問題，又解決暗物質性質的謎團。研究人員使用的腔式天文望遠鏡，是由一個放置在大磁場內的諧振腔組成。

根據理論預測，銀河系暈中的暗物質軸子，應該與空腔中的磁場耦合併產生光子。產生的光子數量很可能非常少，使得產生的信號很難被檢測到。然而，通過將軸子暈鏡內部諧振腔調諧到與光子相同的頻率，可以增加星系暈產生的光子數量。在某種程度上，對軸子暗物質的搜索，非常類似於無線電的運作方式。隨着收音機頻率的調諧，人們可以收聽到不同的電臺。在這方面實驗是相似的，只是不知道我們電臺的頻率，而且信號要弱得多。

對暗物質軸子的搜索已經進行了幾十年，現在研究人員已經使用腔天文望遠鏡進行了多次這樣的搜索。雖然到目前爲止還無法探測到看不見的軸子，但實驗結果排除了之前由軸子暗物質基準理論模型預測的一系列軸子質量。這實際上是實驗第二次實現對軸子暗物質的這種敏感性，但這一次，已經將上一次研究的覆蓋範圍擴大了兩倍。通過實現和擴大這種敏感性，研究已經表明，在繼續尋找軸子暗物質的過程中，ADMX代表着找到最大希望之一。

研究人員收集的觀測結果，可以爲未來尋找暗物質軸子提供信息，同時也爲新的理論預測鋪平了道路。研究人員現在正在進行一項新的研究，以尋找頻率更高的軸子暗物質。如果這次搜索也不成功，研究人員計劃繼續以更高頻率搜索看不見的軸子。在更高頻率下，軸子暗物質變得更難探測，因爲將使用的傳統空穴對軸子不再那麼敏感。然而，科學家已經有了一些有趣的原型來繞過這個問題，比如使用多腔陣列來搜索軸子暗物質的實驗。

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參考期刊《物理評論快報》

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