20世紀初對于人類物理學來說是一個偉大的時代，當有些人以為物理學已經(jīng)完備時，相對論和量子力學被偉大的物理學家們提出并建立。這不僅讓人類意識到了物理學還有很長的路要走，也帶我們見識了大至宇宙天體，小到微觀粒子，物理學世界到底有多么不可思議。隨著這兩個領(lǐng)域的不斷發(fā)展與突破，新的問題又出現(xiàn)了，那就是相對論和量子力學在某些方面無法協(xié)調(diào)，萬有引力無法統(tǒng)一到其他四個基本作用力中。軸子：萬有理論的候選者為了解釋這個矛盾，科學家們提出了許多種猜想。其中一種猜想認為：宇宙中有一種叫做軸子的微觀粒子，是宇宙大爆炸時產(chǎn)生的一種基本粒子。它不僅可以協(xié)調(diào)相對論與量子力學，甚至被認為是暗物質(zhì)的有力競爭者之一。軸子的概念在數(shù)十年前就被提出了，但科學家們始終都沒有真正發(fā)現(xiàn)它。2019年的時候，馬克斯·普朗克固體化學物理研究所和中國中科院大學等機構(gòu)的聯(lián)合科學家團隊曾經(jīng)宣布發(fā)現(xiàn)軸子，不過這個發(fā)現(xiàn)仍然有待確認。最近，科學家們在軸子探索方面再次迎來了突破，在名為Magnificent Seven的中子星所發(fā)出的X射線中，他們似乎找到了軸子存在的證據(jù)。明尼蘇達大學的天文學家Raymond Co介紹說：“長期以來，不論是理論上還是實驗中，尋找軸子都是高能粒子物理學的重點之一。我們認為軸子應(yīng)該是存在的，但始終都沒有發(fā)現(xiàn)它們。你可以將軸子想象為粒子中的幽靈，它們或許在宇宙中無處不在，但與我們的物質(zhì)并沒有強烈的相互作用，因此我們沒有任何對軸子的觀測?！?/span>20世紀70年代，物理學家首次提出了軸子的概念。值得一提的是，軸子并不是為了解釋暗物質(zhì)或者作為萬有理論的候選者而提出的，而是為了解釋解決量子色動力學中的強CP問題，后來科學家們才發(fā)現(xiàn)了軸子可能扮演的重要角色。它可能是統(tǒng)一相對論和量子力學的弦理論中重要的一環(huán)，也被發(fā)現(xiàn)可能是暗物質(zhì)的真實面貌。盡管如此，很多科學家對于軸子的存在還是非常質(zhì)疑的，因為還有很多理論不需要軸子就能解釋這些問題。想要解決這個爭論，最好的辦法只有一個，那就是找到它們。尋找宇宙中的軸子根據(jù)軸子相關(guān)的理論，如果它真的存在，那么我們可以在恒星內(nèi)部尋找它。注意，這里提到的軸子，和暗物質(zhì)理論中的軸子并不完全相同，它們同屬于軸子但是有所區(qū)別。但只要證明了其中一種，另一種也就得到了確認。而尋找恒星內(nèi)部的軸子，可以通過其過量的輻射。根據(jù)物理學家的推測，在磁場的作用下，軸子可能會衰變?yōu)閮蓚€光子，而光子就是電磁波的本質(zhì)。因此，如果我們在可能發(fā)生這種衰變的地方真的發(fā)現(xiàn)了比其他理論上更多的電磁輻射，那就很有可能意味著軸子真的存在。就在名為Magnificent Seven的中子星上，科學家真的發(fā)現(xiàn)了超量的硬X射線，軸子的存在再一次獲得了重要證據(jù)。Magnificent Seven中文譯作豪勇七蛟龍，它并不是一顆單獨的中子星，而是分布于120-500秒差距（1秒差距=3.26光年）的七顆中子星。顯然，它們并不是屬于同一個星團，但卻具有著一些相同的特征，比如都是剛剛形成于幾十萬年前。在冰冷的宇宙中，這些中子星在持續(xù)地降溫，同時會釋放出低能X射線。同時，它們的磁場也非常強大，甚至達到了地磁場的數(shù)萬億倍，這足以促使軸子的衰變。再加上相對并不遙遠的距離，這些因素都使得這些中子星成為了尋找恒星中軸子的絕佳對象。過量的X射線美國勞倫斯伯克利國家實驗室的物理學家Benjamin Safdi對這些天體非常感興趣，遂利用多臺望遠鏡對它們進行了觀測，果然發(fā)現(xiàn)了同類型的其他中子星所不具備的高能X射線。發(fā)現(xiàn)了高能X射線不算完，因為他們還需要確定這些射線的確是來自于觀測的幾顆中子星。畢竟宇宙中可能發(fā)出X射線的天體或天文現(xiàn)象太多了，比如中子星中的脈沖星，或者是Magnificent Seven附近的其他未被發(fā)現(xiàn)的X射線源。第一個猜想很快就被推翻了，因為脈沖星會釋放出無線電波，而Safdi等人接收到的信號中并沒有發(fā)現(xiàn)。隨后，Safdi又借助世界上最強大的X射線望遠鏡XMM-牛頓衛(wèi)星和錢德拉望遠鏡進行觀測，確認了接收到的X射線的確來自于這七顆中子星。在排除了其他所有已知的機制可能之后，Safdi宣布：“我們非常自信這種過量是真實存在的，并且相信這其中有新的發(fā)現(xiàn)。如果我們能100%確定自己觀測到的是一種全新的粒子，那么對于物理學來說將是一次重大的革命?！?/span>從科學的嚴謹態(tài)度上來講，Safdi并沒有宣布他們發(fā)現(xiàn)的就是軸子，只是說這是一種目前人類還不知道的天體物理學過程，甚至可能是望遠鏡數(shù)據(jù)中出現(xiàn)了一些誤差。他表示：“我們并不是在宣布自己已經(jīng)在軸子方面取得重大突破，而只是說軸子可以解釋這種過量的X射線。這是X射線中過量光子的喜人發(fā)現(xiàn)，是一種令人期待的可能性，它至少已經(jīng)符合了我們對軸子的解釋。”未來觀測接下來，他們期待能夠借助更多世界上先進的X射線望遠鏡來驗證這個發(fā)現(xiàn)，除了剛才提到的XMM-牛頓衛(wèi)星和錢德拉望遠鏡之外，還有NASA未來的核光譜望遠鏡陣列。此外，他們還期待能夠?qū)σ恍┐呕陌装沁M行觀測，如果能觀測到類似的現(xiàn)象，那么我們離發(fā)現(xiàn)軸子就更進一步了。總之，軸子的存在與否，決定了當今物理學界許多最最困難的問題答案。一旦被發(fā)現(xiàn)，人類物理學恐怕將會迎來一次地震——我們期待這種地震。
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