迄今为止对宇宙的测量表明，宇宙的大部分质量似乎来自“暗物质”，一种通过万有引力定律与常规物质相互作用的无形物质。尽管付出了巨大努力，科学家们仍未直接探测到暗物质。他们已经尝试了许多不同的方法，例如，意大利国家核物理研究所的PVLAS探测器小组正试图找到被称为轴子的粒子。这是一个假设的亚原子粒子，被许多人认为是暗物质的候选成分之一。通过研究轴子与反物质相互作用的方式，该团队希望找到暗物质的潜在线索。

轴突可能只是暗物质的第二大候选粒子，仅次于大质量弱相互作用粒子(WIMP)。这种粒子仍处于理论阶段，尚未被发现。

事实上，理论预测中的轴子质量非常小(只有1/5000亿到1/5000万电子)。科学家首次提出这个概念的原因是为了解决粒子物理学中的CP守恒问题。后来科学家意识到这些粒子可能解释了宇宙中的额外质量。

在搜寻暗物质粒子的同时，科学家们也在试图理解反物质。正如普通物质由普通粒子组成一样，反物质也由反粒子组成。作为粒子物理学中反粒子概念的延伸，反物质有点像物质的“邪恶孪生兄弟”:每个亚原子粒子都有一个质量相同但电荷相反的对应反粒子。当粒子遇到反粒子时，它们会吸引、碰撞并完全转化为光，同时释放出巨大的能量——这一过程称为湮灭。反物质并不特别罕见。它可以发生在地球上典型的原子衰变过程中，也可以在实验室人工制造。然而，在今天可见的宇宙中，反物质比常规物质少得多。这种正负物质的明显不对称已经成为物理学中最大的难题之一。

该论文的第一作者、日本科学化学研究所(RIKEN)的研究员克里斯蒂安·斯摩拉(Christian S. Smola)说，科学家普遍认为暗物质与物质和反物质的相互作用方式相同，但“这一假设尚未得到实验的证实，因为在原子物理学中，对暗物质的探索使用的是物质探测器，而不是反物质探测器。也许反物质与暗物质的相互作用不同于普通物质。

来自日本、德国、瑞士和美国的研究人员正在使用欧洲核子研究中心的重子-反重子对称实验来获取数据。欧洲核子研究中心的反质子延迟器可以产生和减缓反质子，并通过基地在极端真空中捕获反质子。2017年，国际团队对这些反质子进行了三个月的精确测量，以观察它们在磁场中的行为。

现在，科学家们重新检查了数据，寻找反质子自旋进动的变化。自旋是粒子的固有属性，使它们有点像自旋陀螺的量子版本。与理论暗物质粒子轴子的相互作用可能会改变粒子绕旋转轴旋转的方式。

这种寻找轴子的策略还有一个额外的好处:如果暗物质和反物质之间的相互作用不同于普通物质，那么轴子可能有助于解释为什么宇宙中物质比反物质多得多。

根据发表在《自然》杂志上的新论文，研究人员没有发现轴子的证据。在暗物质研究中，这样的结果可以说是正常的。然而，在这个物理时代，各种显而易见的事情都被发现了。科学家必须花费大量时间来消除暗物质不具备的属性，并希望最终从所有这些无效的结果中找到答案。

这是一个重要的粒子搜索过程。“我很高兴有人关注轴子耦合，而不是轴子-光子耦合，”新罕布什尔大学物理学助理教授钱德·普雷斯科特-温斯坦说。换句话说，一些科学家最终试图找到与普通粒子相互作用的轴子，而不是专注于轴子和轻粒子之间的相互作用。

尽管研究还没有给出明确的结果，但是科学家们的研究还没有结束。美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室的物理学家吉安保罗·卡罗西在《自然》杂志的一篇评论中写道:“未来的工作应该进一步关注轴子-反质子耦合，以找到轴子暗物质和其他反物质形式(如电子的反粒子)之间相互作用的证据。”

卡罗西说，研究小组接下来应该提高他们的测量灵敏度。至于轴子，我们知道它们的质量很小，但可能的范围很大，电荷和自旋都为零。无论如何，科学家对暗物质的探索将会继续。

如果反物质是黑暗宇宙的入口...