如果暗物质真的存在，而且看起来确实存在，那么它可能是什么呢?这也许是暗物质最大的谜团。唯一已知的符合有质量且不与光强烈相互作用要求的粒子是中微子。但是中微子的质量很低，并且以接近光速的速度在宇宙中穿梭。它们是“热”暗物质的一种形式，所以它们与观测到的需要暗物质是“冷”的数据不匹配。撇开中微子不谈，宇宙学家们开始研究各种我们尚未发现的假想粒子，其中最常见的可能就是轴子。
轴子最初是在20世纪70年代提出的，作为一种解决我们对强核力理解中某些问题的方法。根据这些理论，轴子应该是与光相互作用微弱的大质量粒子。根据这些粒子的质量，它们可能是暗物质问题的解决方案。不幸的是，我们收集的数据一直排除轴子模型。核自旋的测量排除了许多模型，光谱观测排除了其他模型。有几种方法可以调整轴子模型，但专门尝试检测轴子的实验却毫无结果。现在，一项新的实验或许可以解释其中的原因。
这项最新的研究没有尝试通过实验来观察轴子，而是使用计算机模型来模拟宇宙的早期时刻。使用一种被称为自适应网格细化的方法，该团队能够比以前更详细地模拟早期宇宙的区域。他们发现，在膨胀期过后不久，就会出现弦状涡旋，可以将轴子粒子抛入密度较低的区域。通过将他们的模型与观测到的星系聚集规模进行比较，他们可以预测轴子的质量。它们质量值的不确定性很大，但其范围是我们想象的两倍多。
这可以解释为什么以前的轴突搜索失败了。大多数轴子实验试图通过测量轴子与磁场的相互作用来探测轴子。例如，一个具有强磁场的共振腔应该挤压任何通过它的轴子。轴子就会发出我们可以探测到的电磁闪光。但这种实验只适用于质量更小的轴，大约20 - 30微电子伏。这项新研究预测，轴子的电压接近65微电子伏，这意味着它们太大了，在之前的实验中是看不到的。所以也许轴子确实存在，但我们一直在错误的质量范围内寻找。
该团队继续研究如何探测到更大质量的轴子。一种可能是等离子体光晕镜，这是一种三维的精细导线阵列，用于制造等离子体超材料。较重的轴子应该以可探测的方式与超材料相互作用。但这类实验还有很长的路要走。
轴子并不是暗物质的唯一可能的解决方案，所以即使它们最终被排除，还有其他假设的选择。正如这项最新的研究显示，迄今为止我们得到的令人失望的轴子结果可能并不是我们想的那样令人失望。寻找质量范围更大的轴子当然值得在黑暗中尝试一下。
参考文献:Buschmann, Malte等。"轴子弦的暗物质具有自适应网格优化"自然通讯13.1(2022):1-10。
