暗物质候选人可能会在异国情调的材料中生成类似字符串的实体

时间：2021-11-21 16:52:13 来源：

艺术家对一种轴突（一种假设的基本粒子）的印象已被激活，以解释为什么在量子色动力学中保留了电荷奇偶性对称性。从那以后，它们被提议作为暗物质的主要候选者。

计算表明，如果在实验室中用异国情调的材料制成，理论上的“双轴弦”将如何产生奇怪的行为。

一个可以解决宇宙学最大难题之一的假想粒子，其神秘性就降低了一些。RIKEN的一位物理学家和两位同事揭示了数学基础，这些数学基础可以解释所谓的“轴心”可能如何生成类似字符串的实体，从而在实验室材料中产生奇怪的电压。

轴力最早是由物理学家在1970年代研究量子色动力学的理论提出的，该理论描述了一些基本粒子如何在原子核内保持在一起。问题在于该理论预测了未观察到的已知粒子的某些奇异性质。为了解决这个问题，物理学家在一个洗衣粉品牌之后放置了一个新的粒子-后来称为“轴”，因为它有助于清理理论中的一团糟。

物理学家很快意识到轴也可以消除宇宙难题。宇宙中超过80％的物质被认为是由一种神秘的看不见的物质组成的，被称为暗物质。RIKEN跨学科理论与数学科学计划的Yoshimasa Hidaka表示：“轴心是暗物质的候选者，但我们尚未找到它们。”轴可能具有正确的特性，因此物理学家一直在寻找它们在许多实验中都存在的迹象。2020年6月，意大利格兰萨索实验室（Gran Sasso Laboratory）的XENON1T实验报告暗示他们可能已经检测到轴突，但这一结果尚未得到证实。

但是还有另一个领域可以研究轴突特性。物理学家可以在实验室中制备异乎寻常的材料（称为拓扑绝缘体），这些材料显示出奇特的特性，例如在其表面上导电而将电绝缘体保留在其中的情况。这种材料表现出其他怪异的行为。有时，它们的电子聚集在一起并以某种方式移动，使得该材料看起来是由具有特殊性质的“准粒子”制成的。这会在材料上产生意外的电压，称为反常霍尔效应。

还预测了这种轴突会以这种方式出现在拓扑绝缘体中，在那里它应该以与常规粒子不同的方式与光或光子粒子相互作用。

日高和他的两个同事现在研究了控制轴和光子之间相互作用的理论。即使轴子是点状粒子，该团队计算得出，在材料内部，光实际上会与由轴子制成的扩展的线状构造（称为轴离性弦）相互作用。这将导致异常霍尔效应，这在实验中已观察到。

日高说：“我们已经找到了该现象的潜在数学结构。”

参考：2020年8月4日，Yoshimasa Hidaka，Muneto Nitta和Ryo Yokokura的“轴对称电动力学的更高形式的对称性”，物理函件B.DOI：
10.1016 / j.physletb.2020.135672

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