三层楼高的氙气实验及其服务大楼(见右下角的人类比例)
近期，在一个超级敏感的寻找暗物质的实验中，一个神秘的信号突然出现了。经过一年多的努力，科学家们认为他们可能真的发现了一些新的东西。
今天，XENON1T暗物质实验的科学家报告了在其探测介质中，与电子相互作用的粒子数据的搜索结果。他们发现了“过量”的证据。或者说，探测到的与探测器的相互作用，比粒子物理标准模型预测的要更多。科学家们还不知道是什么引起了这个信号，这可能是一个罕见但平凡的事件，也可能是其他一些未知物理现象的证据。
XENON1T是一项包含3.2吨氙元素的实验，它被深埋在意大利纳扎尼亚里大萨索信息实验室（INFN laboratory i Nazionali del Gran Sasso）的一座山里，该实验室收集了从2016年至2018年的数据。该实验一直在等待着几乎不与物质发生作用的粒子，对氙核或其电子产生轻微撞击，释放出能被实验墙上的传感器探测到的微小闪光。
氙合作项目的科学家希望能揭开暗物质的真实身份，这种神秘物质的引力似乎就像是宇宙的脚手架，但我们现有的粒子物理学理论无法解释它。到目前为止，实验数据还没有揭示任何新的物理现象。
但是，根据XENON1T网站今天发布的论文，从2017年2月到2018年2月的氙气数据显示，氙气电子与低能量的相互作用意外地超出了285次，而不是预期的232次。
为此，物理学家们假设了各种可能的过量来源，用数据来检验他们的想法。他们发现了三个最有可能的来源：也许，是一种未被观测到的名为“轴子”的理论粒子，在从太阳旅行后撞上了探测器；也许，是因为中微子粒子的一种称为“磁矩”的属性比之前预测的要高；再也许，科学家只是发现了一种无法解释的背景辐射过程，即被称为氚的氢同位素的衰变。只需将几个氚原子洒入两吨超纯的氙气中，就可以产生这个信号。
轴子是一种理论化的低质量粒子，旨在解决一个名为强CP问题的物理问题。该问题问的是，当你用带有相反电荷的镜像来替换被称为夸克的亚原子粒子时，为什么它们会遵循同样的物理定律，尽管它们没有理由必须这样做。如果确实存在轴子，那么科学家们预测，太阳会在其核心产生轴子，而我们也有可能在地球上探测到它们。轴子也被认为是解释暗物质的罪魁祸首。
通过探测器的太阳轴看起来最类似于研究人员观察到的信号，具有3.5-sigma的显着性，这意味着观察到的信号有99.98％的可能性不是由典型的物理过程引起的。 但是，将氚衰变作为另一个背景过程引入时，其重要性降低到2-sigma，或者说，典型的物理相互作用加上衰变的氚不会引起信号的可能性为95％。 过去，更多的数据可以轻松消除这种波动。 粒子物理学家力争达到5-sigma的重要性，以便宣布这一发现。
其他物理学家对分析中的工作量和思想，以及检测器的极高灵敏度印象深刻，但是，他们敦促对结果的解释要保持谨慎。比如，西班牙扎尔戈萨大学的物理学家哈维尔·雷东多就表示，该信号看起来就像是太阳轴子穿过XENON1T。 但是，他说，如果太阳产生的假想轴子粒子能够产生这种信号，那么这意味着轴子与电子之间的相互作用，要比今天的理论预测的更强。
这也表明，即使是我们的太阳，也不可能像现在这样符合最好的理论模型和实验。氙气实验所暗示的太阳轴子特性，会导致太阳比天文学家预测的要更热，产生的中微子比天文学家观测到的要更多。为了能够确定，这种现象确实是太阳轴子造成了过量，科学家希望能看到一个确凿的证据，比如，太阳轴子出现在名为“太阳磁日射镜”的专门实验中。也许，还可能是其他一些未知的粒子引起了这个信号。
要找出信号的真正原因还将需要更多的工作，以及一系列类似的实验。例如，南达科他州桑福德地下研究中心的LZ实验和中国四川金平地下实验室的PandaX，很可能都会进行自己的分析，看看是否能找到相同的信号。 XENON1T实验也即将升级为XENONnT，将可以使用更多的液态氙，之后物理学家可以重复此分析。 XENONnT和太阳磁日射镜应该能够更轻松地发现并解释该信号，如果该信号成立的话。
所以，这就是物理学的方式。有时，最有趣的信号位于实验敏感度的最远范围，而发生的频率不足以使物理学家断言这一发现。尽管，我们所有人都希望这些信号最终成为宇宙中一些无法解释的特征，但有时，它们只是几个讨厌的放射性原子的普通衰变。目前，物理学家还不知道他们在看什么。他们只能说这肯定很有趣。
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