麻省理工学院朱棣文教授 麻省理工学院领导的对邻近恒星参宿四的轴子的搜索(如下图)一无所获，大大缩小了对假想暗物质粒子的搜索范围
学分:麻省理工学院新闻学院
参宿四图片由母校提供
奥格曼/P
Kervella 这种难以捉摸的轴子粒子比电子轻很多倍，其性质几乎不能给普通物质留下印象
因此，这种类似幽灵的粒子是暗物质的主要竞争者，暗物质是一种假设的、不可见的物质，被认为占宇宙质量的85%
迄今为止，轴子一直未被探测到
物理学家预测，如果它们真的存在，它们一定是在极端环境中产生的，比如超新星边缘的恒星核心
当这些恒星向宇宙中喷出轴子时，粒子在遇到任何周围的磁场时，应该会短暂地变形为光子，并有可能暴露自己
现在，麻省理工学院的物理学家已经在参宿四寻找轴子，参宿四是附近的一颗恒星，至少在天体物理时标上，它有望很快以超新星的形式燃尽
鉴于参宿四即将消亡，它应该是一个天然的轴子工厂，随着恒星的燃烧，不断地制造粒子
然而，当研究小组以x光带中光子的形式寻找轴子的预期特征时，他们的搜索一无所获
他们的结果排除了超轻轴子的存在，超轻轴子可以在很宽的能量范围内与光子相互作用
这些发现对粒子的性质提出了新的限制，比以前任何基于实验室的轴子探测实验都强三倍
“我们的结果表明，如果你想寻找这些我们一直在寻找的真正轻的粒子，它们不会和光子有太多的交流，”麻省理工学院物理学助理教授克斯廷·佩雷斯说
“我们基本上是在让每个人的生活变得更艰难，因为我们在说，‘你必须想出别的办法，给你一个轴子信号。’
" 佩雷斯和她的同事今天在《物理评论快报》上发表了他们的结果
她的合著者包括麻省理工学院的首席作者·肖、布兰登·罗奇和梅拉娜·尼卡，还有巴里大学的毛里齐奥·吉安诺蒂、阿布鲁佐天文台的奥斯卡·斯特兰涅罗、意大利国家核物理研究所的亚历山德罗·米里齐和加州理工学院的布莱恩·格雷芬斯特
寻找配偶 目前许多寻找轴子的实验都是为了寻找它们，作为普里马科夫效应的产物，这个过程描述了轴子和光子之间的理论“耦合”
轴子通常不被认为与光子相互作用——因此它们很可能是暗物质
然而，普里马科夫效应预测，当光子受到强磁场作用时，比如在恒星核心中，它们可能会变成轴子
因此，许多恒星的中心应该是自然轴子工厂
当一颗恒星在超新星中爆炸时，它应该会将轴子搅动到宇宙中
如果不可见的粒子进入磁场，例如在恒星和地球之间，它们应该会变回光子，大概带有一些可探测的能量
科学家正在通过这个过程寻找轴子，例如从我们自己的太阳
佩雷斯说:“但是太阳也有耀斑，并且一直发出x光，这很难理解。”
她和她的同事转而寻找参宿四的轴子，参宿四是一种通常不发射x光的恒星
这颗恒星是离地球最近的恒星之一，预计将很快爆炸
佩雷斯解释说:“参宿四所处的温度和生活阶段，通过标准的恒星天体物理学，你不会期望看到x光从中出来。”
“但是如果轴子确实存在，并且正在出现，我们可能会看到一个x光信号
这就是为什么这颗恒星是一个很好的物体:如果你看到x光，这是一个确凿的信号，表明它一定是轴子
" “数据就是数据” 研究人员利用美国国家航空航天局的太空望远镜NuSTAR拍摄的数据，寻找参宿四轴子的x光特征，该望远镜聚焦来自天体物理源的高能x光
该团队在参宿四上训练望远镜期间，从“新星”获得了50千秒的数据
研究人员随后模拟了一系列x光辐射，如果参宿四喷出轴子，他们可能会看到这些辐射
他们考虑了轴子可能的质量范围，以及轴子“耦合”并重新转化为光子的可能性范围，这取决于恒星和地球之间的磁场强度
佩雷斯说:“在所有这些建模中，你可以得到一系列轴子的x光信号可能是什么样的。”
然而，当他们在“新星”的数据中寻找这些信号时，他们没有发现超出预期背景或任何普通的天体物理X射线源之外的任何东西
肖说:“参宿四可能处于进化的晚期，在这种情况下，很有可能转化为轴子。”
“但是数据就是数据
" 考虑到他们所考虑的条件范围，研究小组的无效结果排除了一个很大的可能性空间，并设定了一个上限，该上限比以前实验室搜索得出的轴子必须是什么的上限强三倍
本质上，这意味着如果轴子质量超轻，研究小组的结果表明，粒子耦合到光子并发射任何可检测到的X射线的可能性至少要低三倍
“如果轴子有超轻的质量，我们肯定可以告诉你它们的耦合必须非常小，否则我们会看到它，”佩雷斯说
最终，这意味着科学家可能不得不寻找轴子信号的其他不太容易探测到的能带
然而，佩雷斯说，从参宿四寻找轴子的工作还没有结束
“令人兴奋的是，如果我们看到一颗超新星，它会点燃大量的轴子，这些轴子不是在x光中，而是在伽马射线中，”佩雷斯说
“如果一颗恒星爆炸了，我们看不到轴子，那么轴子与光子的耦合就会受到非常严格的限制
所以每个人都在为参宿四祈祷
"
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