欧洲X射线自由电子激光器（XFEL），这座坐落于德国汉堡的科研巨擘，正被科学家们寄予厚望，用以揭开暗物质的神秘面纱，特别是探寻一种名为轴子的假想粒子。
暗物质，这一占据了宇宙绝大部分质量的隐形巨人，虽然通过其对星系的引力效应间接证明了其存在，但至今仍未被直接观测到，其真实身份仍是未解之谜。轴子，作为一种微小的、质量极轻的粒子，被科学家们视为解开暗物质之谜的关键钥匙。
为了捕捉这些难以捉摸的粒子，牛津大学、英国科学技术设施委员会（STFC）等科研机构的研究人员，正携手利用XFEL这一强大的科研工具。XFEL，作为世界上最大的X射线激光器，其内部拥有一条长达3.4公里的隧道，内置超导直线加速器和光子束线，能够以每秒27000次的频率产生超短X射线闪光，为实验提供了不可或缺的关键条件。
实验的核心原理被称为“光穿墙”。在这个实验中，X射线在强大的内部电场引导下穿越锗晶体。在这个过程中，光子有可能在电场的作用下转换成轴子，并在穿过钛板后再次转换回光子。钛板对光子具有阻挡作用，但如果轴子存在，它们将能够直接穿过钛板并在另一侧转换回光子，从而被探测器捕捉到。这一转化过程正是科学家们苦苦追寻的目标。
初步研究结果显示，该实验对轴子的灵敏度与其他基于加速器的实验不相上下。STFC的实验等离子体物理学家、论文第一作者杰克·哈利迪博士表示：“这个实验充分展示了XFEL技术在解决基础物理学中最具挑战性问题方面的多功能性，它推动了我们对宇宙认知的边界。”
这项研究不仅为未来在特定质量范围内更灵敏地搜索轴子奠定了坚实基础，而且旨在探测量子色动力学（QCD）预测的轴子。QCD理论是解释强力如何支配夸克和胶子，以及物质稳定性至关重要的理论框架。
在粒子物理学领域，一个长期困扰科学家的谜题是：为什么由带电夸克组成的中子却未表现出电偶极矩？这种缺失的电偶极矩暗示了一种隐藏的机制，而轴子可能正是这一机制的关键。专家们推测，轴子可能有效地“抵消”了这种不平衡，从而解释了中子电偶极矩的缺失。
如果轴子确实存在并以这种方式相互作用，那么它们的发现不仅将解决这一长期存在的难题，而且将提供超越当前描述基本粒子和力的标准模型的物理学证据。轴子还被认为是构成暗物质的主要候选者之一，它们不与光相互作用，因此无法被望远镜直接观测到。
轴子的弱相互作用和低质量等特性，使它们自然地符合科学家们对暗物质粒子特征的预期。在之前的一项研究中，一个独立的研究小组提出，假设的轴子可能在中子星周围形成云，并发射可探测的无线电信号。这一发现有望为我们理解暗物质提供新的线索。
这项实验的结果已在《物理评论快报》杂志上发表。
