北京
暗物质的奥秘可以在短短10秒内解开。
当附近的下一颗超新星爆炸时，任何指向正确方向的伽马射线望远镜都可能不仅仅是一场灯光秀 —— 它可以迅速确认最有希望的暗物质候选者之一的存在。
加州大学伯克利分校（University of California, Berkeley）的天体物理学家预测，在超新星爆发的头10秒内，会释放出足够多的假想粒子，即轴子，以证明它们在相对眨眼的时间内存在。
考虑到通过其他方式获得一个令人信服的数字可能需要数年时间，在附近的恒星坍缩中获得轴子的意外收获就像中了物理学彩票一样。
当然，这种探测需要我们有一台伽马射线望远镜在合适的时间观察爆炸附近。目前，这项工作只落在费米太空望远镜上，它仍然只有十分之一的机会捕捉到这场表演。
因此，研究人员建议发射用于超新星的银河轴子仪器（GALAXIS）—— 一个由伽马射线卫星组成的舰队，可以随时观察100%的天空。超新星期间检测到或不存在轴子可能是同样有价值的结果，但时间紧迫。
加州大学伯克利分校的物理学副教授本杰明·萨夫迪（Benjamin Safdi）说：“我认为，在我们拥有合适的仪器之前，这篇论文中的所有人都担心会出现下一颗超新星。”
“如果明天有一颗超新星爆炸，而我们错过了探测轴子的机会，那将是一个真正的耻辱 —— 它可能再过50年才会回来。”
轴子在20世纪70年代首次被假设为一个与暗物质无关的物理难题的潜在解决方案，即强CP问题。据预测，这些粒子的质量非常小，不带电荷，在整个宇宙中非常丰富。
直到后来，其他物理学家才意识到它们的一些特性 —— 比如它们聚集在一起的方式，以及它们主要通过引力与其他物质相互作用 —— 使它们成为暗物质的一个很好的候选者。最重要的是，有人预测它们的性质可以让它们被探测到。
在强磁场中，轴子偶尔会衰变成光子，所以在磁场附近探测到额外的光可能会把它们暴露出来。几十年来，这一直是实验室实验和天文观测的基础，使科学家能够缩小轴子可能具有的质量范围。
中子星是最有希望找到它们的地方之一。它们强烈的物理性质会产生大量的轴子，更棒的是，强大的磁场会将其中一些轴子转化为可探测的光子。
在这篇新论文中，加州大学伯克利分校的研究小组计算出，在中子星周围找到轴子的最佳时间实际上可能是在中子星诞生的时候 —— 当一颗大质量恒星爆炸成超新星的时候。新的模拟表明，在恒星坍缩后的前10秒内会产生轴子爆发，由此产生的伽马射线爆发可以揭示很多细节。
该团队计算出一种特殊类型的轴子，称为量子色动力学（QCD）轴子，如果它的质量高于50微电子伏特（仅为电子质量的100亿分之一），就可以通过这种方法检测到。
如果轴子确实存在，它们可能是迄今为止发现的最方便的小粒子之一。它们可以一举帮助我们解开暗物质、强CP问题、弦理论和物质/反物质不平衡。
这个假设已经准备好验证了 —— 现在我们只需要等待下一个附近的超新星。它可能在今天发生，也可能在未来十年发生，如果费米观测的是正确的天空区域，我们可以在几秒钟内回答一些科学上最深奥的问题。
“轴子最好的情况是费米捕捉到一颗超新星，”萨夫迪说。
“这种可能性很小。但如果费米看到了它，我们就能测量它的质量。我们就能测量它的相互作用强度。我们将能够确定我们需要知道的关于轴子的一切，并且我们对信号非常有信心，因为没有普通物质可以产生这样的事件。”
这项研究发表在《物理评论快报》杂志上。
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