在歐洲 XFEL 的 HED/HiBEF 儀器上進行軸子搜索(圖片：歐洲 XFEL)
近日，歐洲XFEL(X射線自由電子激光設施)的研究人員與英國科學技術設施委員會(STFC)、牛津大學及其他研究機構的科學家們合作，在尋找可能解釋宇宙暗物質本質的假想粒子——軸子方面取得了新進展。相關研究成果已在《物理評論快報》上發表。
此次研究的焦點在于利用歐洲XFEL的高能密度儀器HED/HiBEF來探測軸子這種微小且極輕的假想粒子。軸子不僅被提出用于解釋中子為何沒有電偶極矩(盡管其由帶電的夸克組成)，還可能預示著超越現有標準模型的新物理學領域。更重要的是，軸子被認為是構成宇宙大部分結構的神秘暗物質的潛在候選者。
實驗在歐洲XFEL進行，該設施位于德國漢堡附近的舍內費爾德，是目前世界上最大、最強大的X射線激光器。研究人員將歐洲XFEL產生的強X射線束引導至鍺晶體薄片中，這些薄片內部存在強電場，對移動粒子而言，其效果相當于一個約1000特斯拉的極強磁場。在這樣的條件下，光子有可能轉變為軸子，并在特定條件下再次變回光子。
實驗中，鈦箔被插入晶體之間，作為光子的屏障，只允許軸子通過。當軸子在另一側的晶體中轉換回光子時，這些光子即被探測器捕獲。
此次可行性研究表明，研究團隊所設計的裝置在軸子靈敏度方面已能與使用粒子加速器的實驗相媲美。這一成果為在毫電子伏至千電子伏的質量范圍內測量軸子的實驗奠定了堅實基礎。
