“暗物质”或将在实验室里现身，它们是来自黑宇宙的“幽灵”

“轴子弦”？

“轴子”想象图。SPL
我们生活在一个光明宇宙，但这只占宇宙质量的20%。宇宙质量的另外80%我们看不见也摸不着，属于宇宙的黑暗面。
而支配着这些黑宇宙的“幽灵”就是“暗物质”。它们产生的引力，让宇宙中的物质能够聚集在一起，形成星系、恒星、行星；它们是万物的本源，宇宙的骨架。
科学家构想了很多可能，试图解释暗物质的本质，寻找它们的踪迹，但是至今一无所获。而在众多理论中，有一种认为，暗物质是由一种名叫“轴子（axion）”的粒子构成的。
“轴子”一说最早见于上世纪七十年代，是量子色动力学的产物。量子色动力学的研究领域，是基本粒子组成原子核的方式。为了具有解释力，当时的物理学家必须假设许多已知粒子具有某些怪异的特点，而这些特点实际上并不存在。为了避免这种情况出现，一种新的假想粒子被提了出来，这种粒子就是“轴子”。
随后人们又发现，“轴子”的概念也可以被运用到宇宙学中，成为暗物质的候选粒子。
虽然时至今日，也没有人发现“轴子”存在的确凿证据；但是人们发现，我们可以通过一些间接的方法，感知“轴子”的某些特性。
例如，近日日本物理化学研究所（RIKEN）的科学家日高义正（Yoshimasa Hidaka）等人认为，我们可以通过探测一种特殊的电压信号，来寻找“轴子”和“暗物质”的存在。



有一种“拓扑绝缘体”，具有表面导电，内部绝缘的奇异特性。不仅如此，这种材料在特定的情况下，其内部的电子会聚集在一起运动，产生异常的电压。
理论上，“轴子”会在这个过程中现身。它会在拓扑绝缘体中，以一种特殊的方式和光子相互作用。
虽然“轴子”是点状的，但是研究人员发现，在“拓扑绝缘体”中，光子实际上是和线状的“轴子弦”相互作用，通过“反常霍尔效应”产生异常电压。
研究人员认为，鉴于已经发现了这一现象的数学结构，那么只要我们能够探测到这种电压，就可以间接证明“轴子”，以及“暗物质”的存在。

参考
Higher-form symmetries and 3-group in axion electrodynamics
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0370269320304755