作者:RIKEN 艺术家对轴子的印象，轴子是一种假设的基本粒子，它被用来解释为什么电荷宇称对称性在量子色动力学中得以保留
从那以后，它们被认为是暗物质的主要候选物
学分:雷蒙·安德拉德·3科学/科学图片库 一个假想的粒子可以解决宇宙学中最大的难题之一，只是变得不那么神秘了
一位RIKEN物理学家和两位同事揭示了数学基础，可以解释所谓的轴子如何产生弦状物质，从而在实验室材料中产生奇怪的电压
轴子最初是由研究量子色动力学理论的物理学家在20世纪70年代提出的，该理论描述了一些基本粒子是如何在原子核内聚集在一起的
问题是这个理论预测了一些未知粒子的奇异特性
为了解决这个问题，物理学家假设了一种新粒子——后来被称为轴子，以一种洗衣液的品牌命名，因为它有助于清理理论中的混乱
物理学家很快意识到轴子也可以解决一个宇宙难题
宇宙中80%以上的物质被认为是由一种神秘的无形物质组成的，这种物质被称为暗物质
“轴子是暗物质的候选者，但是我们还没有发现它们，”RIKEN跨学科理论和数学科学项目的吉正说
轴子可能有正确的性质，所以物理学家一直在无数实验中寻找它们存在的迹象
2020年6月，意大利格兰萨索实验室的XENON1T实验报告了他们可能已经探测到轴子的线索——但是这个结果还有待证实
但是还有另一个领域可以研究轴子性质
物理学家可以在实验室里制备被称为拓扑绝缘体的奇特材料，这些材料显示出奇怪的特性，比如在它们的表面导电，而内部保持电绝缘体
这样的材料显示出其他怪异的行为
有时，它们的电子聚集在一起，以这样一种方式运动，这种材料似乎是由具有不同寻常性质的“准粒子”制成的
这会在材料上产生一个意想不到的电压，称为反常霍尔效应
轴子也预计会以这种方式出现，在拓扑绝缘体中，它应该以不同于规则粒子的方式与光粒子或光子相互作用
Hidaka和他的两位同事现在已经研究了支配轴子和光子之间相互作用的理论
尽管轴子是点状粒子，研究小组计算出，在物质中，光实际上与轴子组成的延伸的线状结构相互作用，这种线状结构被称为轴子弦
这将导致实验中观察到的异常霍尔效应
“我们已经找到了这种现象背后的数学结构，”Hidaka说
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