环球解密之未解之谜■“万物理论”前沿实验，在巨型宇宙结构中寻找轴子

“万物理论”（Theory of Everything）可能是物理学上最富雄心的理论，想把所有已知的作用力、粒子和物体之间的作用关系，用一个框架融会贯通。弦理论就是“万物理论”中最知名的一种。
【环球解密之未解之谜■“万物理论”前沿实验，在巨型宇宙结构中寻找轴子】

本文插图
尽管弦理论本身还有很多不同的版本，可是都仅限于理论演练，几乎没有进行过任何实验。现在，一组天文学家利用美国宇航局（NASA）的钱德拉X射线天文台的数据在检测这一理论，在这个领域迈出了重要的一步。
这组天文学家提出，通过观测星系群——星座的X射线，寻找各种弦理论模型预测的各种粒子。如果找不到假设的特定粒子，意味着可以排除一些弦理论的版本，但是，并不意味着整个弦理论的失败。
这项研究的负责人——英国剑桥大学的雷诺兹（Christopher Reynolds）说：“直到近期我才意识到X射线对弦理论所起的重要作用，如果最终找到这些粒子，这将彻底地改变物理学。 ”
理论认为轴子（axion）质量极其小，可以小到只有一个电子的百万分之一，甚至是零质量。

本文插图
?轴子的理论特性之一，是它在通过磁场的时候可以转变为光子;在特定的条件下，光子也可能转变为轴子。这种变换发生的频率取决于变换的容易度，也成为“变换度” 。特定质量的轴子只有一个相应的变换度。但是其它理论模型中提出的“类轴子粒子” ，在特定质量下可以有不同的变换度。
这个研究组通过钱德拉X射线天文台观测英仙座（Perseus）及其中心的超级黑洞，寻找轴子的踪影。
天文学家为什么要在那么遥远、巨大的天体结构——星系群中寻找小到质量近乎是零的粒子?
合作研究者瑞典斯德哥尔摩大学的马什（David Marsh）说：“其实这很有道理。星系群是一种在很大范围内存在磁场的结构，同时也存在X射线源。这些特性将增加侦测到轴子一类粒子发生变换的概率。 ”
根据目前的观测结果，他们基本排除了存在质量为一个电子的千万亿分之一的轴子的可能性。 “我们的研究不能说完全排除了这些粒子存在的可能性，但是绝对没有为它们的存在提供任何支持证据。 ”

本文插图
?研究组表示，他们得到的结果范围比之前搜寻轴子的同类研究缩小了三四倍。
这份研究2月10日发表在《天体物理学期刊》（The Astrophysical Journal）上。