对暗物质的追寻刚刚发现了一个潜在的震撼物理学的谜团

寻找暗物质的科学家们偶然发现了其他东西，记录了可能需要重新思考现代物理学的“意外事件”。XENON1T 仪器的研究人员是一个深埋在 INFN 国家实验室的暗物质实验，他们还不确定他们发现了什么——他们并没有声称它是暗物质——但它可能成为同样令人兴奋的事情。

XENON1T 旨在观察微小颗粒的存在。它充满了 3.2 吨超纯液化氙气，是太阳轴子、使用太阳中微子增强的中微子磁矩和玻色暗物质的巨大目标。当其中一个粒子穿过目标时，它会触发氙原子发出的光和自由电子。

虽然 XENON1T 开始寻找暗物质——来自 WIMP 或弱相互作用大质量粒子——但它对其他新粒子和相互作用也很敏感。科学家们估计了背景事件的数量，但在将其与仪器的实际数据进行比较时，发现比预期的 232 个事件多出 53 个。

这些额外内容的确切来源是一篇新论文的主题，目前正在预印中。研究人员表示：“过量的特征类似于少量氚(具有一个质子和两个中子的氢原子)残留可能产生的结果，但也可能是更令人兴奋的迹象——例如一种被称为太阳轴子的新粒子的存在，或者表明中微子以前未知的特性。”

部分挑战是最终确认或否定可能的理论的方法并不总是为人所知。例如，如果它是微量的氚，则只需要其中的几个原子就可以解释奇怪的结果。然而，没有独立的测量可以确认或反驳它在如此小的水平上的存在。

或者，过多的事件可能来自新粒子。它指出，所观察到的能量谱实际上类似于太阳中产生的轴子。“轴子是假设粒子，被提议用来保持核力的时间反转对称性，而太阳可能是它们的重要来源，”氙气研究人员解释说。“虽然这些太阳轴子不是暗物质候选者，但它们的检测将标志着对一类动机良好但从未观察到的新粒子的首次观察，这对我们对基础物理学的理解以及天体物理现象的理解都有很大影响。”

虽然不是暗物质本身，但这种轴子可能是一个前兆。一种理论认为，来自早期宇宙的轴子实际上可能是暗物质的来源，研究人员认为暗物质占物质的大部分。

第三，同样有趣的是，中微子有可能受到指责。如果是这种情况，那么中微子的磁矩实际上可能比目前基本粒子标准模型中认为的要大。“这将有力地暗示其他一些需要解释它的新物理学，”该团队说。

虽然 XENON 的研究人员倾向于太阳轴子理论，但目前还无法确定哪个是正确的。然而，该研究的下一阶段可能会解决这个谜团，届时 XENON1T 将升级为 XENONnT：活动氙质量是其前身的三倍，背景更低。

“有了来自 XENONnT 的更好数据，”它建议道，“XENON 合作有信心很快就会发现这种过剩是仅仅是统计上的侥幸、背景污染物，还是更令人兴奋的东西：一种新的粒子或超出已知的相互作用物理。”

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