寻找新粒子发现轴子有助于回答物理学中最令人费解的问题之一

当今物理学中最引人注目的谜团之一就是科学家们所说的“强CP问题”。尽管中子由夸克(携带电荷的更小的基本粒子)组成，但由于中子不与电场相互作用这一令人费解的现象，强CP问题对物理学的标准模型或科学家们一直在研究的理论集提出了质疑多年来一直用来解释自然法则。

由明尼苏达大学双城理论物理学家领导的一个团队发现了一种寻找轴子的新方法，轴子是一种可以帮助解开这个谜团的假设粒子。与费米实验室国家加速器实验室的实验研究人员合作，物理学家的新策略开辟了以前未开发的机会来检测粒子对撞机实验中的轴子。

研究人员的论文在PhysicalReviewLetters上发表并作为编辑的建议。

“作为粒子物理学家，我们正在努力发展我们对自然的最佳理解，”该论文的合著者、明尼苏达大学物理与天文学院助理教授ZhenLiu说。“在过去的一个世纪里，科学家们通过既定的理论框架在寻找基本粒子方面取得了巨大的成功。因此，为什么中子不与电场耦合是非常令人费解的，因为在我们已知的理论中，我们期望它们会耦合。如果我们确实发现了轴子，这将是我们对自然结构的基本理解的一大进步。”

研究亚原子粒子并可能发现新粒子的主要手段之一是对撞机实验。从本质上讲，科学家们迫使粒子束发生碰撞——当它们相互碰撞时，它们产生的能量会产生其他粒子，这些粒子可以通过探测器，从而使研究人员能够分析它们的特性。

Liu和他的团队提出的方法包括测量“衰变”产物——或者当一个不稳定的重粒子转变成多个较轻的粒子时发生的情况——假设的轴子变成两个μ子——已知粒子，它们本质上是电子的较重版本。通过从探测器中的μ子轨道逆向重建这种衰变，研究人员相信他们有机会找到轴子并证明它的存在。

“通过这项研究，我们正在扩展寻找轴子粒子的方法，”该论文的合著者、明尼苏达大学物理与天文学院和威廉精细理论物理研究所的博士后研究员RaymondCo说。“人们以前从未使用轴子衰变成μ子作为在中微子或对撞机实验中寻找轴子粒子的方法。这项研究开辟了新的可能性，为我们领域的未来努力铺平了道路。”

Liu和Co以及明尼苏达大学物理学和天文学博士后研究员Kun-FengLyu和加州大学伯克利分校博士后研究员SoubhikKu​​mar共同支持这项研究的理论部分。他们是ArgoNeuT合作的一部分，该合作汇集了来自全国各地的理论家和实验家，通过费米实验室的实验研究粒子。

在这篇论文中，明尼苏达大学领导的理论团队与实验研究人员合作，使用他们的新方法和ArgoNeuT实验的现有数据来搜索轴子。研究人员计划在未来利用实验结果进一步完善他们对轴子产生率的理论计算。