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科學(xué)發(fā)現(xiàn)：從光子碰撞中產(chǎn)生軸子

來源：環(huán)球科學(xué)

發(fā)布時(shí)間：2021-07-01

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科學(xué)發(fā)現(xiàn)：從光子碰撞中產(chǎn)生軸子

圖片來源：美國物理學(xué)會(huì)/Alan Stonebraker

軸子是一種比電子輕很多的假想粒子，對(duì)軸子的研究可能是解決從物質(zhì)-反物質(zhì)不對(duì)稱性到暗物質(zhì)性質(zhì)等物理難題的關(guān)鍵。到目前為止，對(duì)于研究這些粒子的性質(zhì)，例如其質(zhì)量及與光子耦合的方式，最難攻克的阻礙是探測(cè)通過光子與太陽內(nèi)部磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生的軸子。如今，英國牛津大學(xué)的Konstantin Beyer和他的同事們提出了一個(gè)實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的強(qiáng)激光束碰撞實(shí)驗(yàn)。研究人員指出，對(duì)于軸子質(zhì)量的關(guān)鍵范圍，他們的方法將與天體物理學(xué)的探測(cè)靈敏度一致，但更少依賴于難以檢驗(yàn)的軸子產(chǎn)生過程的天體物理模型。

該團(tuán)隊(duì)的方案是用于檢測(cè)軸子的“閃光穿墻”方法（LSW）的一個(gè)變種。在“閃光穿墻”方法中，實(shí)驗(yàn)人員用一面墻放置在發(fā)射器和探測(cè)器中間，使探測(cè)器不能直接接收到激光光子。強(qiáng)磁場(chǎng)作用下，激光束中極少量一部分光子轉(zhuǎn)變?yōu)檩S子。新方案中研究小組利用兩束激光相互碰撞，通過光子-光子散射過程產(chǎn)生軸子。由于軸子基本不與普通物質(zhì)發(fā)生相互作用，因此可以直接穿過墻壁。穿過墻壁的軸子再次被強(qiáng)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)化為可被探測(cè)到的光子，進(jìn)入接收器。

研究人員基于將用于歐洲“極光基礎(chǔ)設(shè)施”的激光束參數(shù)，通過計(jì)算證明，此方法的靈敏度至少相當(dāng)于在太陽中探測(cè)質(zhì)量約1電子伏特的軸子。他們認(rèn)為可以從兩方面改進(jìn)這一方案。第一種方案是根據(jù)軸子的產(chǎn)生率與光子數(shù)呈非線性關(guān)系，用更強(qiáng)的激光提高探測(cè)的靈敏度。第二種方案為利用可調(diào)諧X射線的自由電子束探測(cè)潛在軸子質(zhì)量的更大范圍。

作者：Matteo Rini

翻譯：葉歡儀

審校：賀旎妮

引進(jìn)來源：美國物理學(xué)會(huì)

引進(jìn)鏈接：

https://physics.aps.org/articles/v13/s59

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