科學家成功模擬「軸子」！揭開暗物質之謎的關鍵突破

在哈佛大學實驗室裡，戴著護目鏡的研究人員正專注地調整光學裝置。由徐蘇陽（左）、邱建翔（右）帶領的團隊，最近在一種錳基材料中創造出與「軸子」行為極為相似的準粒子，這項突破性發現已刊登於2025年4月16日的《自然》期刊。

軸子這種假想中的次原子粒子，長期以來被認為可能是構成宇宙暗物質的關鍵。雖然至今尚未直接觀測到真實軸子，但研究團隊在錳鉍碲化合物的薄層材料中，成功模擬出軸子準粒子的行為特徵。

「這項研究成果令人驚艷！」美國羅格斯大學凝聚態物理學家吳成植（音譯）如此評價：「這是首次觀察到類似軸子粒子的現象。」更令人振奮的是，這些準粒子的模擬精準度極高，哈佛化學家徐蘇陽指出：「它們的行為模式幾乎與理論預測的軸子完全一致，這讓我們有機會在材料中研究這種難以捉摸的重要粒子。」

這種軸子準粒子源自材料內部大量粒子的集體行為。早在2010年就有科學家提出製造軸子準粒子的構想，但直到2019年錳鉍碲化合物問世後，研究團隊才找到合適的材料載體。在這種特殊材料中，電場與磁化強度會產生獨特耦合，當這種耦合隨時間以特定方式振盪時，就會形成軸子準粒子。

研究團隊使用雷射在材料中產生磁振子（一種磁波），再透過另一道雷射探測材料的磁化狀態，成功觀察到電磁耦合的振盪現象——這正是軸子的特徵標誌。有別於過去在其他材料中間接發現的軸子跡象，哈佛化學家邱建翔強調：「這次觀察到的振盪現象，就是軸子準粒子的明確定義。」

更令人期待的是，錳鉍碲化合物未來可能用於建造軸子探測器。如果真實軸子存在並進入材料周圍的磁場，理論上會轉化為光子，進而與材料內的軸子準粒子相互作用。這種機制能放大原本微弱的訊號，讓科學家得以偵測到這種神秘粒子。

這項在薄層材料中模擬軸子的重大發現，或許將成為解開宇宙暗物質之謎的關鍵鑰匙，帶領人類揭開這個困擾科學界數十年的宇宙奧秘。