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普林斯顿高等研究院：轴子与暗物质的等效性的新的机制

轴子（axion）是一种假想的亚原子粒子 ， 是1970年代为了解决CP守恒问题所提出的一个假想粒子 ， 1977年的皮塞-奎恩理论（Peccei–Quinntheory）首先提到这个概念 。 目前意大利国立核子物理研究所（IstitutoNazionalediFisicaNucleare）的PVLAS探测器正在不停努力地寻找它 。
普林斯顿高等研究院：轴子与暗物质的等效性的新的机制
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在对轴子进行的新研究中 ， 普林斯顿高等研究院的科学家们最近提出了一种称为“运动失准”（kineticmisalignment）的方案 ， 该方案大大增强了轴子/暗物质等效性的理由 。 这个新颖的概念回答了与暗物质起源有关的关键问题 ， 并为正在进行的探测工作提供了新途径 。
暗物质的存在已通过多项独立观察得到证实 ， 但其真实身份仍然是个谜 。 根据这项研究 ， 轴子速度提供了有关暗物质难题的关键见解 。 先前的研究工作已经成功地说明了宇宙中暗物质的丰富性 。 然而 ， 某些因素 ， 如轴子的产生不足 ， 与普通物质的相互作用更强 ， 仍未得到开发 。
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通过为轴子场分配一个非零的初始速度 ， 研究小组发现了一种称为动力学失准的机制 ， 在早期宇宙中产生的轴子远多于传统机制 。 通过轴子对称性移变而产生的运动大大改变了轴暗物质丰度的常规计算方法 。 此外 ， 这些动力学特性使轴子暗物质对普通物质的反应更强 ， 超出了传统的失准机制的预测 。 如图所示当被摩擦充分减慢时 ， 轴子场迅速越过势垒并最终开始振荡 。
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研究人员指出 ， “有关轴子的广泛文献是建立在轴子场在早期宇宙中最初是静态的假设的基础上进行的 ， ”“相反 ， 我们发现由于轴子的量子引力理论 ， 轴子场最初可能是动态的 。 ”
研究小组先前在“轴子起源”（Axiogenesis）研究中探讨了轴子动力学的概念 ， 该概念解释了为什么物质超过反物质的原因是QCD轴子场的初始速度非零 。 QCD ， 量子色动力学（QuantumChromodynamics）的简称 ， 是一个描述夸克、胶子之间强相互作用的标准动力学理论 ， 它是粒子物理标准模型的一个基本组成部分 。
这项研究还提供了一个框架 ， 用于产生有关暗物质问题的新见解 。 研究人员说：“这种新的动力学失准机制预测了具有更大相互作用强度的轴子 ， 并且可能在计划的实验搜索中发现 。 ”“因此 ， 我们对新轴子动力学的发现为理论和实验粒子物理学与宇宙学开辟了崭新的的研究途径 。 ”
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迄今为止 ， 轴子已被证明具有令人难以置信的多功能性 。 最初提出该粒子是为了解决为何中子尽管具有带电成分却不与电场相互作用的奥秘 。
【普林斯顿高等研究院：轴子与暗物质的等效性的新的机制】该最新研究成果论文 ， 题为：“轴子动力学失准机制” ， 发表在今天的《物理评论快报》上 。 该研究成果由高等研究院的研究人员完成 。
高等研究院 ， 英语：InstituteforAdvancedStudy ， 简称IAS ， 也译为：普林斯顿高等研究院 ， 是世界著名理论研究中心 。 爱因斯坦、奥本海默、冯·诺伊曼、哥德尔等学术大师曾是该研究院研究员 。 曾在该高等研究院做研究员的还有如著名华裔学者陈省身、杨振宁、李政道等 。
著名美国理论物理学家、2004年诺贝尔物理学奖获得者、弗兰克·维尔切克（FrankWilczek）创造了轴子一词 ， 并于1978年在《物理评论快报》上发表了他这一里程碑式发现 ， 当时即是该高等研究院研究员 。
参考：AxionKineticMisalignmentMechanism.Phys.Rev.Lett.124,251802–Published26June2020


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