物理学游戏规则要改变了吗？科学家在一项搜索暗物质的物理实验中宣布，我们可能真的找到了“轴子”：一种超出粒子物理学模型之外的假想粒子，可以解释一些被归因于暗物质的怪异现象。
轴子（axion）是理论物理学家于1970年代首次提出的假想次原子粒子，原用来解决CP守恒问题，后来科学家认为，如果轴子具有一定质量，则数十亿年前产生的轴子可以解释我们归因于暗物质的宇宙怪异现象。
暗物质与暗能量占了宇宙构成约95%，然而性质未知，它们不会反射或发出任何可检测到的光，行踪成谜。为了解开暗物质真面目，科学家展开不少暗物质搜索实验，其中一项称为“XENON1T”计划，于2016～2018间在意大利国家天文物理研究所（NIAF）格兰萨索国家实验室进行。
该计划的实验仪器装有1吨超纯液化氙气，作为氙原子与其他粒子相互作用之“目标”，当粒子穿过目标时，就会产生微小的闪光和来自氙原子的自由电子，科学家想利用液态氙作为靶材去探测理论中的大质量弱相互作用粒子（Weakly Interacting Massive Particle，WIMP）──暗物质第一候选人。然而观察过去相互作用的结果，通常都是我们已经知道的粒子，比如介子、宇宙射线和微中子等。
让人兴奋的是，在最新数据分析中，科学家发现了一些出乎意料的事情：原本预期粒子与氙原子相互作用下应该产生232个反冲电子，然而实际上发现了285个，超过预期3.5个标准差，科学家不知过量的反冲电子从哪来。
XENON1T仪器设备。
不管撞到原子的是什么，初步分析表明都不会是大质量弱相互作用粒子，研究团队目前有3种解释，第一种解释平淡无奇：信号干扰，可能有少量的放射性氚（tritium）跑进探测器，影响了实验观测结果。
第2种可能是来自太阳的轴子，虽然后来一些科学家排除轴子是暗物质粒子，但轴子可以帮忙解释一些被归类为暗物质造成的奇怪现象，如果真的是轴子，这将是科学家首度检测到这种假想粒子，同时表明其他假想粒子更可能是暗物质人选。
第3种则可能是微中子，虽然它们无所不在、又很少与其他物质发生相互作用，但若此次数据的异常来自微中子与氙原子相互作用，则表明它们的磁矩比粒子物理学标准模型预测的还要大很多（10亿倍），这将需要新的物理学解释。
就可能性而言，目前轴子胜率最高，该实验的下一阶段称为“XENONnT”，其液态氙气容量将是“XENON1T”之3倍，且背景干扰更少，也许很快就能确认只是背景污染，又或者真是超越已知物理学的新粒子/ 相互作用。
论文预印本可先上《ArXiv》阅览。
（图片来源：Kavli IPMU）