澳大利亚科学家正在努力解决宇宙最大的谜团之一：不可见暗物质的本质。
器官实验是澳大利亚第一个主要的暗物质探测器，最近完成了对一种称为轴子的假设粒子的搜索，轴子是试图解释暗物质的理论中的热门候选粒子。
ORGAN 对轴子的可能特征设置了新的限制，从而帮助缩小了对轴子的搜索范围。但在我们超越自己之前……
让我们从一个故事开始
大约 14 亿年前，所有的小物质碎片——后来成为你、地球和星系的基本粒子——都被压缩到一个非常致密、炎热的区域。
然后大爆炸发生了，一切都分崩离析。这些粒子结合成原子，最终聚集在一起形成恒星，恒星爆炸并产生各种奇异物质。
几十亿年之后，地球出现了，地球上最终爬满了被称为人类的小东西。很酷的故事，对吧？事实证明这还不是故事的全部。连一半都没有。
人类、行星、恒星和星系都是由普通物质构成的。但我们知道常规物质仅占宇宙中所有物质的六分之一。
其余部分由我们所说的暗物质组成。它的名字几乎告诉了你我们所知道的一切。它不发光（所以我们称之为黑暗），并且具有质量（所以我们称之为物质）。
如果它是看不见的，我们怎么知道它的存在？
当我们观察事物在空间中移动的方式时，我们一次又一次地发现，如果我们只考虑我们能看到的东西，我们就无法解释我们的观察结果。
旋转星系就是一个很好的例子。大多数星系的旋转速度无法仅用可见物质的引力来解释。
因此，这些星系中一定存在暗物质，提供额外的引力并使它们旋转得更快，而不会导致部分物质被抛入太空。我们认为暗物质确实将星系维系在一起。
因此，宇宙中一定存在大量的暗物质，牵引着我们所能看到的所有事物。它也像某种宇宙幽灵一样穿过你。你只是感觉不到而已。
我们如何检测它？
许多科学家认为暗物质可能由称为轴子的假设粒子组成。轴子最初是作为粒子物理学中另一个主要问题（称为强 CP 问题）（我们可以写整篇文章来讨论）的解决方案的一部分而提出的。
不管怎样，在轴子被提出后，科学家们意识到这种粒子在某些条件下也可以构成暗物质。这是因为轴子预计与常规物质的相互作用非常弱，但仍然具有一定的质量：这是暗物质所需的两个条件。
那么如何寻找轴子呢？
好吧，既然暗物质被认为就在我们周围，我们可以在地球上建造探测器。幸运的是，预测轴子的理论也预测轴子可以在适当的条件下转化为光子（光粒子）。
这是个好消息，因为我们非常擅长探测光子。这正是 ORGAN 所做的。它设计了轴子-光子转换的正确条件，并寻找微弱的光子信号——暗物质穿过探测器时产生的小闪光。
这种实验称为轴子光晕镜，最早于 1980s。当今世界上有一些这样的人，每个人在重要方面都略有不同。
照亮暗物质
据信，轴子在强磁场存在下会转化为光子。在典型的光环镜中，我们使用称为超导螺线管的大型电磁体产生磁场。
我们在磁场内部放置一个或多个空心金属室，其目的是捕获光子并使它们在内部反弹，从而使它们更容易被检测到。
然而，有一个问题。所有有温度的物体都会不断地发出微小的随机闪光（这就是热像仪工作的原因）。这些随机发射或噪声使我们更难检测到我们正在寻找的微弱暗物质信号。
为了解决这个问题，我们将谐振器放置在稀释冰箱中。这台精美的冰箱将实验冷却至约−273°C 的低温，从而大大降低了噪音。
实验温度越低，我们就越能“聆听”暗物质转换过程中产生的微弱光子。
瞄准大众区域
一定质量的轴子将转换成一定频率或颜色的光子。但由于轴子的质量未知，实验必须将搜索目标瞄准不同的区域，重点关注那些被认为更有可能存在暗物质的区域。
如果没有发现暗物质信号，则要么实验不够灵敏，无法听到高于噪声的信号，要么相应的轴子质量区域中不存在暗物质。
当这种情况发生时，我们设置了一个“排除限制”——这只是说“我们在这个质量范围内，达到这个灵敏度水平没有发现任何暗物质”。这告诉暗物质研究界的其他人将他们的搜索转向其他地方。
ORGAN 是其目标频率范围内最敏感的实验。它最近的运行没有检测到暗物质信号。这一结果对可能的特征设定了重要的排除限制 轴子数.
这是寻找轴子的多年计划的第一阶段。我们目前正在准备下一个实验，该实验将更加灵敏，并针对一个新的、尚未探索的质量范围。
但为什么暗物质很重要？
嗯，一方面，我们从历史中知道，当我们投资于基础物理学时，我们最终会开发出重要的技术。例如，所有现代计算都依赖于我们对量子力学的理解。
如果我们不追求当时看来是超出我们理解的奇怪物理现象的东西，我们永远不会发现电或无线电波。暗物质也是一样。
想想人类通过理解宇宙中六分之一的物质所取得的一切，并想象一下如果我们解开其余物质我们能做什么。
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