劳伦斯·伯克利国家实验室 XMM-Newton (X光多镜任务)太空望远镜的艺术再现
一项对XMM-Newton和钱德拉x光太空望远镜档案数据的研究发现，附近的七颗中子星有大量的x光发射，这些中子星可能来自被称为轴子的假设粒子
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Ducros欧空局/XMM-Newton，CC BY-SA 3
0 IGO 由美国大学理论物理学家领导的一项新研究
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能源部劳伦斯·伯克利国家实验室(伯克利实验室)认为，以前从未观察到的称为轴子的粒子可能是一组中子星周围无法解释的高能x光辐射的来源
作为基本粒子物理问题解决方案的一部分，轴子在20世纪70年代首次被理论化，在磁场存在的情况下，轴子预计会在恒星的核心产生，并转化为称为光子的光粒子
轴子也可能构成暗物质——这种神秘的物质约占宇宙总质量的85%，但迄今为止我们只看到了它对普通物质的引力效应
即使x光过剩不是轴子或暗物质，它仍然可以揭示新的物理现象
一组中子星，被称为壮丽7号，为轴子的可能存在提供了一个极好的测试平台，因为这些恒星拥有强大的磁场，相对较近——在数百光年之内——并且只被期望产生低能X射线和紫外光
“众所周知，它们非常‘无聊’，在这种情况下，这是一件好事，”本杰明·萨法迪说，他是伯克利实验室物理分部理论小组的分部成员，领导了一项于2007年1月发表的研究
12发表在《物理评论快报》杂志上，详细说明了轴子对过剩的解释
伯克利实验室物理部门的附属机构克里斯托弗·甜点对这项研究做出了巨大贡献，加州大学伯克利分校、密歇根大学、普林斯顿大学和明尼苏达大学的研究人员也参与了这项研究
如果中子星是一种被称为脉冲星的类型，它们会有一个活跃的表面发出不同波长的辐射
萨夫迪指出，这种辐射会出现在电磁波谱中，可能会淹没研究人员发现的x光信号，或者会产生射频信号
但是壮丽7号不是脉冲星，也没有探测到这样的无线电信号
萨夫迪说，其他常见的天体物理学解释似乎也不符合观测结果
如果在壮丽7号周围探测到的过量x光是由隐藏在中子星后面的一个或多个物体产生的，这可能会出现在研究人员正在使用的两个空间卫星的数据集上:欧洲航天局的XMM-Newton和美国宇航局的钱德拉x光望远镜
萨夫迪和他的合作者说，仍然很有可能出现一种新的非轴子解释来解释观察到的x光过剩，尽管他们仍然希望这种解释不属于粒子物理的标准模型，并且新的地面和空间实验将证实高能x光信号的来源
萨夫迪说:“我们非常有信心这种过剩是存在的，并且非常有信心这种过剩中有新的东西。”
“如果我们100%确定我们看到的是一个新粒子，那将是巨大的
这在物理学上是革命性的
“即使这一发现证明与新粒子或暗物质无关，他说，“它将告诉我们更多关于我们宇宙的信息，还有很多东西需要学习。”
" 参与这项研究的明尼苏达大学博士后研究员雷蒙德·科说:“我们并不是说我们已经发现了轴子，而是说多余的x光光子可以用轴子来解释
这是一个令人兴奋的发现，发现了x光光子的过剩，这是一个令人兴奋的可能性，已经与我们对轴子的解释相一致
" 如果轴子存在，它们的行为应该很像恒星中的中微子，因为两者的质量都很小，与其他物质的相互作用非常少且很弱
它们可以在恒星内部大量产生
被称为中子的不带电粒子在中子星内移动，偶尔通过相互散射相互作用，释放出中微子或可能是轴子
中微子发射过程是中子星随时间冷却的主要方式
像中微子一样，轴子也能够在恒星之外运行
壮丽的7颗恒星周围的磁场非常强，比地球上产生的磁场强几十亿倍，可能会导致现有的轴子转化为光
中子星是不可思议的奇异物体，萨夫迪指出，许多建模、数据分析和理论工作都进入了最新的研究
在最新的研究中，研究人员大量使用了伯克利实验室的一组超级计算机，称为劳伦斯集群
其中一些工作是在萨夫迪以前工作过的密歇根大学进行的
“没有密歇根和伯克利的高性能超级计算工作，这一切都是不可能的，”他说
“这里面包含了大量的数据处理和数据分析
为了预测中子星内部应该产生多少轴子，你必须模拟中子星的内部
" 萨夫迪指出，作为这项研究的下一步，白矮星将是寻找轴子的主要场所，因为它们也有非常强的磁场，预计将是“无x光环境”
" “这开始变得非常令人信服，如果我们看到那里也有过量的x光，这就超出了标准模型，”他说
研究人员还可以招募另一台名为“新星”的x光太空望远镜来帮助解决x光过剩之谜
萨夫迪说，他也对地面实验感到兴奋，比如欧洲粒子物理研究所的CAST，它作为一个太阳望远镜来探测被强磁体转换成X射线的轴子，以及德国的ALPS II，当激光照射到屏障的另一侧时，它将使用强大的磁场使轴子在屏障的一侧转化为光粒子
轴子受到了更多的关注，因为一系列实验未能发现另一种有希望的暗物质候选物——弱相互作用大质量粒子的迹象
axion的照片并不那么简单——它实际上可能是一张家庭相册
可能有数百个类似轴子的粒子组成暗物质，弦理论——描述宇宙力的候选理论——揭示了许多类型的轴子粒子的可能存在
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