Could This Particle 'Clean Up' A Cosmic Mystery?
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嘿，Short Wave的听众们，在我们开始之前，想请您帮个小忙。您能通过完成一份简短的匿名调查来帮助我们塑造Short Wave的未来吗？这是一个机会，让您告诉我们您喜欢什么和不喜欢什么，以及我们如何更好地为您服务。这是一个很棒的责任，但我相信你们。我们想听取每个人的意见，无论您是第一天听还是新听众。只需访问NPR.org/shortwavesurvey即可。我们还将在节目说明中添加链接。谢谢。好的，开始我们的节目。

您正在收听来自NPR的Short Wave。物理学面临着一个棘手的问题。宇宙中缺少物质。有些东西我们看不见，但我们可以探测到它。这种神秘物质的行为与我们已知的物质非常相似。您知道的，构成您、我、太阳、行星和恒星的物质。至少在物质吸引其他物质的方式上是这样。恒星可以围绕其他恒星运行。星系，数十亿颗恒星的集合，可以围绕其他星系运行。

观察这些轨道或事物在太空中围绕其他事物移动的方式，可以告诉我们中心物体的质量有多大。但有时我们无法看到真正导致这种运动的原因。当我们观察恒星在星系中的运动方式时，它们的运动就好像那里有很多我们看不见的物质一样。这是Chanda Prescott-Weinstein。她是新罕布什尔大学的理论粒子物理学家。而且她

她说这种缺失的物质……实际上是宇宙中大部分物质。而且它是不可见的。当我们说它不可见时，我们的意思是它不会以我们迄今为止探测到的任何方式与光相互作用。这就是为什么它通常被称为暗物质。它构成了整个宇宙的四分之一以上。♪

科学家们不知道它是什么，但他们确实知道无论它是什么，都必须具备一些关键组成部分。我们希望它是一种与光相互作用非常弱，甚至根本不相互作用的东西。因此，我们希望它能够有效地透明，有效地不可见，并且我们还希望它的移动速度相对较慢。因此，如果它的移动速度很快，那么它就不会在重力作用下聚集在一起。它会逃脱重力，然后你就不会形成星系。

那么这种神秘物质可能是什么呢？许多天文学家都在寻找答案，而有些人，比如Chanda，认为一种叫做轴子的粒子可能有助于使暗物质问题更清晰一些。弗兰克·威尔恰克（Frank Wilczak）命名了轴子，它以洗衣粉的名字命名。轴子比原子小，而且是假设的，这意味着科学家从未见过它，也不知道它是否存在。

今天的节目中，如果轴子存在意味着什么？它们可能是解决神秘暗物质问题的方案吗？科学家如何才能找到一个？我是Regina Barber，您正在收听Short Wave，这是来自NPR的科学播客。

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好的，Chanda，请告诉我更多关于轴子和你的研究的信息。比如，它们是什么？你在研究什么？你想发现什么？因此，轴子本质上是一类模型，它们看起来都比较相似。因此，它们的质量往往较轻。

它们还具有非常有趣的特性，根据您所观察的情况、您所观察的物理场景，它们的行为更像波而不是像粒子。我们的听众会喜欢这个。他们喜欢波粒二象性。是的。我的意思是，我们不都是吗？因为它确实挑战我们重新思考构成宇宙正常现象的直觉。是的。

就像我总是那样思考，轴子实际上是这些暗物质候选者之一，它挑战我们重新思考，哦，这只是不同类型的粒子。因为在我们脑海中，当我们想到粒子时，我们往往会认为它们可能像小台球一样相互碰撞之类的东西。

而轴子确实要求我们认为它并非如此，因为它在对我们来说与暗物质相关的关键物理场景中确实表现得像波。这使得它有别于其他暗物质候选者。这实际上是我将轴子作为暗物质候选者研究的原因之一，我想，哦，我喜欢这些波的东西。特别是，我喜欢它可能形成……

一种称为玻色-爱因斯坦凝聚态的物质状态。我在本科时就喜欢这些。你为什么不告诉大家什么是玻色-爱因斯坦凝聚态呢？是的。因此，玻色-爱因斯坦凝聚态是一种物质状态，只能由玻色子形成。因此，所有类型的物质都是玻色子或费米子。那么区别是什么呢？

我喜欢将费米子视为堆叠粒子。它们并不都喜欢在同一地点、同一状态、同一能量状态同时存在。

而玻色子就像啦啦队。它们会一起去做所有事情，许多人同时做完全相同的事情。它一直都是快闪族。是的，快闪粒子。这本质上就是玻色子凝聚态。它就像一群粒子组成的快闪族，它们都致力于同时做同一件事。而且他们喜欢它。他们喜欢它。我喜欢轴子的一点是，它们就像快闪暗物质候选者，对吧？是的。

这是一个很棒的特性。因此，我在研究中最关心的问题，尤其是在过去十年中，是这种轴子特性的特定方面——它们会做这种玻色-爱因斯坦凝聚态快闪族的事情——有什么含义。

如果暗物质确实在非常大的尺度上表现出这种行为，那么这对星系的性质和星系的演化有什么影响呢？

好的，那么它们是我们通过将事物撞击在一起就能找到的一种粒子吗？比如，我们可以使用像CERN这样的粒子加速器来找到它们吗？不。好的。简短的答案是，这不是你通过将事物撞击在一起就能找到的粒子。那里有一点潜力，但是由于这种粒子……让我考虑一下我们该如何表达这一点。因此，我们表达的方式是，

用物理学家的说法，就是这种粒子与标准模型粒子没有很强的耦合。因此，当您将粒子碰撞在一起并寻找其他粒子时，这假设这些粒子与您试图创造的任何东西之间存在着如此强的关系，以至于当您将它们撞击在一起时，它就会跳出来。但是，如果这种关系从一开始就不存在，

那么无论你多么用力地撞击在一起，都不会发生。它不会起作用。你不会让它发生。所以就像你不会那样让轴子发生一样。她甚至不去那里。她甚至不去那里。就是这样。她甚至不去那里。好的。那么我们如何进入太空并观察我们的望远镜，以及我们如何找到轴子确实在发挥作用的证据呢？因此，这就是计算非常有用的地方。

因此，您可以想象这样一种情况：有两个星系可能正在相互碰撞，并且基本上将它们碰撞在一起以查看会发生什么。然后我们调整类轴子粒子的特性，看看碰撞是否会根据我们如何调整特性而发生变化。

因此，这是一个例子，说明为什么你会称之为，例如，粒子宇宙学，因为这是一个我们正在改变非常小的物体的特性的例子。但随后我们正在研究这些我们所做的非常小的变化对大尺度天体物理学的影响。

请告诉我更多关于这项刚刚发表的研究，它谈论的是这些轴子云，不仅围绕着大型星系，而且围绕着这些致密的死亡恒星，这些中子星。这会告诉我们更多关于暗物质的信息吗？是的。因此，中子星是

你知道，为了稍微回顾一下，中子星是恒星残骸。因此，它们是在大质量恒星到达生命尽头、经历超新星爆发后形成的天体，中子星可能在另一端留下。

所以这还不为人所知，但中子星通常与磁场相关联。当我说它还不为人所知时，我们的确不明白磁场从何而来。有一些很好的模型，但这实际上仍然是一个活跃的研究领域。所以我声称暗物质实际上并不与光相互作用，但轴子确实与光有非常微弱、微小、微小、微小的相互作用。

因此，您可以想象这样一种情况：轴子在穿过星系磁场很长的距离时会转化为光子，也就是一小束光。因此，为了寻找轴子，科学家可以寻找过量的光子，这些光粒子，这可能会告诉我们发生了一些相互作用。

轴子可以穿过中子星的磁场并变成光子，然后我们有可能看到那个光子。因此，这是一个活跃的研究领域。人们还研究白矮星周围的这种相互作用，白矮星是恒星生命结束时另一种可能的结果。对于更小的恒星。更小的恒星，是的。

所以这是一种理解，即中子星周围可能存在这些轴子？它们被发现了？还是我们只是在这些中子星周围寻找？所以在这个时候，我认为……

我们一直在思考白矮星和中子星在这种情况下，它允许我们排除具有某些特性的轴子，因为我们去寻找这种现象发生的证据，但我们没有看到它。然后我们可以说，好的，这种具有这种特性的轴子不存在。因此，我一直感兴趣的数据集之一是

来自盖亚空间望远镜的数据。这是欧洲航天局的任务。他们所做的是，他们描述了恒星的运动，并且他们描述了许多恒星的运动，

因此，这使我们能够深入研究这些问题：如果存在这种快闪族核心现象，并且它以轴子情景特有的方式影响恒星的运动方式，我们能否在恒星中寻找这种证据？那么什么会加强这种观点呢？

轴子是解决暗物质问题的最佳方案。在你看来，会发生什么？必须发生什么？我的意思是，显然我们应该找到一个。那将是好的。我没有谈到的一件事是，人们确实有这些地面实验。这实际上是大量的全球投资实际上是在过境中。

试图使用我们可能用来寻找中子星周围轴子的相同机制来寻找轴子。因此，他们基本上采用微波腔，在其中打开一个巨大的磁场，然后希望一个轴子会飞过并变成光子。是的，因此，美国最大的此类实验是轴子暗物质实验，它位于华盛顿大学。而且

但是世界各地都有类似的实验。因此，我们实际上有可能做到我们所说的直接探测到一个。因此，与其寻找它如何影响结构的形成，不如说我们实际上会看到一个穿过我们实验室的证据。那将是太棒了。是的。那将非常令人兴奋。是的。

Chanda，非常感谢你启发我了解轴子。双关语，它们变成了光子。感谢你的邀请。也许下次我们可以谈谈轴子洗衣粉和其他我所知道的奇怪的轴子商品。如果您喜欢这一集，请查看我们关于黑洞喷流和中微子的剧集。此外，请确保您不会错过任何新剧集，方法是在您正在收听的任何播客平台上关注我们。

本集由Rachel Carlson制作，由节目主持人Rebecca Ramirez编辑。Tyler Jones核实了事实。Robert Rodriguez是音频工程师。Beth Donovan是我们的高级总监，Colin Campbell是我们的播客战略高级副总裁。我是Regina Barber。感谢您收听Short Wave，这是来自NPR的科学播客。♪

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