一项发表在 体检D.
我们今天可以回溯到宇宙的过去多远？ 在电磁波谱中，对宇宙微波背景（通常称为 CMB）的观测使我们能够回顾近 14 亿年前宇宙冷却到足以使质子和电子结合并形成中性氢的时间。 CMB 教会了我们关于宇宙演化的大量信息，但 CMB 中的光子是在大爆炸 400,000 万年后释放的，这使得了解这个时代之前的宇宙历史极具挑战性。
打开一个新的窗口，三位理论研究人员，包括卡弗里宇宙物理和数学研究所 (Kavli IPMU) 首席研究员、加州大学伯克利分校、麦克亚当斯物理学教授和劳伦斯伯克利国家实验室资深科学家村山仁，劳伦斯伯克利国家实验室物理研究员和加州大学伯克利分校，博士后 Jeff Dror（现在在加州大学圣克鲁斯分校）和加州大学伯克利分校米勒研究员 Nicholas Rodd，超越光子，进入已知的假设粒子领域作为轴子，它可能是在宇宙历史的第一秒发射的。
在他们的论文中，他们提出了寻找 CMB 的轴子类似物的可能性，即所谓的宇宙轴子背景或 CaB。
虽然是假设性的，但有很多理由怀疑轴子可能存在于我们的宇宙中。
一方面，轴子是弦理论的一般预测，是当今量子引力理论的最大希望之一。 轴子的存在可以进一步帮助解决长期存在的难题，即为什么我们尚未测量中子的电偶极矩，这个问题更正式地称为“强 CP 问题”。 最近，轴子已成为暗物质的有希望的候选者，因此研究人员正在迅速寻找轴子暗物质。
研究人员在论文中指出，随着实验学家开发出更灵敏的仪器 搜索、 对于暗物质，他们可能会偶然发现 CaB 形式的轴子的另一种迹象。 但由于 CaB 与暗物质轴子具有相似的特性，因此实验存在将 CaB 信号作为噪声丢弃的风险。
在其中一个仪器上找到 CaB 将是一个双重发现。 它不仅会证实轴子的存在，而且全世界的研究人员都会立即从早期宇宙中获得新的化石。 根据 CaB 的生产方式，研究人员可以了解宇宙演化的各个不同方面，这在以前是不可能的（图）。
“我们提出的是，通过改变当前实验分析数据的方式，我们或许能够从早期宇宙中寻找剩余的轴子。 然后，我们或许能够了解宇宙开始时暗物质、相变或暴胀的起源。 已经有一些实验小组对我们的提议表现出了兴趣，我希望我们能找到一些以前不为人知的早期宇宙的新东西，”村山说。
“宇宙的演化可以产生具有特征能量分布的轴子。 通过检测目前由轴子组成的宇宙的能量密度，MADMAX、HAYSTAC、ADMX 和 DMRadio 等实验可以为我们解答宇宙学中一些最重要的难题，例如“我们的宇宙有多热？ '，'暗物质的本质是什么？'，'我们的宇宙是否经历了一段被称为暴胀的快速膨胀期？'，以及'曾经有过宇宙相变吗？'，Dror 说。
这项新研究提供了对轴子暗物质计划感到兴奋的理由。 即使暗物质不是由轴子构成的，这些仪器也可以提供不到一秒大的宇宙图像。
该研究被期刊接受为“Editors' Suggestion” 体检D.
参考：Jeff A. Dror、Hitoshi Murayama 和 Nicholas L. Rodd 的“宇宙轴子背景”，7 年 2021 月 XNUMX 日， 体检D.
DOI：10.1103/PhysRevD.103.115004
