麻省理工學院(MIT)和其他地方的物理學家進行了一項新實驗的第一次運行，該實驗旨在探測軸子。軸子是一種假想的粒子，預計是宇宙中最輕的粒子之一。如果它們存在，軸子實際上是看不見的，但卻無法逃脫;它們以暗物質的形式佔據了宇宙質量的85%。

軸子是特別不尋常的，因爲它們被期望在一分鐘的水平上改變電和磁的規則。今天發表在《物理評論快報》(Physical Review Letters)上的一篇論文中，麻省理工學院領導的研究小組報告稱，在觀測的第一個月裏，該實驗在0.31至8.3納米電子伏特的質量範圍內沒有發現軸子的跡象。這意味着在這個質量範圍內的軸子，相當於質子質量的1 / 15次方分之一，要麼不存在，要麼對電磁的影響比之前認爲的更小。這是第一次有人直接研究這個軸子空間.

雖然軸子被認爲無處不在，但據預測，它們實際上就像幽靈一樣，與宇宙中的任何其他東西只有微小的互動。作爲暗物質，它們不應該影響你的日常生活，但人們認爲它們會在宇宙學層面上影響事物，比如宇宙的膨脹和我們在夜空中看到的星系的形成。由於軸子與電磁學的相互作用，理論上認爲，它們在磁星(一種能產生巨大磁場的中子星)周圍有着令人驚訝的行爲。如果軸子存在，它們可以利用磁星的磁場將自身轉化爲無線電波，而無線電波可以通過地球上的專用望遠鏡探測到。

2016年，麻省理工學院的三位理論家受磁星的啓發，設計了一項探測軸子的思維實驗。研究小組提出了一種設計方案，將一個小甜甜圈形狀的磁鐵放在冰箱裏，溫度略高於絕對零度。沒有軸子，甜甜圈的中心就不會有磁場。然而，如果軸子存在，探測器應該“看到”甜甜圈中間的磁場.在小組公佈了他們的理論設計之後，身爲實驗主義者的溫斯洛開始尋找實際構建實驗的方法。溫斯洛說:“我們想要尋找一個軸突的信號，如果我們看到它，它確實是軸突。”這就是這個實驗的優雅之處。從技術上講，如果你看到這個磁場，它只可能是軸子，因爲他們想到了特殊的幾何結構。”

這是一個具有挑戰性的實驗，因爲預期的信號小於20阿託-特斯拉。作爲參考，地球磁場爲30微特斯拉，人類腦電波爲1皮特斯拉。在建立這個實驗的過程中，溫斯洛和她的同事們必須應對兩個主要的設計挑戰，第一個挑戰涉及到用來將整個實驗保持在超低溫下的冰箱。這臺冰箱包括一個機械泵系統，其活動可以產生非常輕微的振動，溫斯洛擔心這會掩蓋軸離子信號。

第二個挑戰與環境中的噪音有關，比如附近電臺的噪音，整棟樓的電子設備的開關，甚至電腦和電子設備上的LED燈，所有這些都會產生相互競爭的磁場。

研究小組用一根像牙線一樣細的線把整個裝置掛起來，解決了第一個問題。第二種方法是在實驗室外採用冷超導屏蔽和熱屏蔽相結合的方法。“然後我們終於可以收集數據，在一個甜蜜的區域，我們可以在高於冰箱震動的地方，在低於可能來自鄰居的環境噪音的地方，我們可以在那裏做實驗。”

研究人員首先進行了一系列測試，以確認該實驗是有效的，並能準確地顯示磁場。最重要的測試是注入磁場來模擬一個假軸突，並觀察實驗的探測器是否產生了預期的信號——這表明如果一個真實的軸突與實驗相互作用，就會被檢測到。此時，實驗已經準備就緒。溫斯洛說:“如果你把數據通過音頻程序播放，你就能聽到冰箱發出的聲音。”他說:“我們還看到隔壁有人在不停地發出其他聲音，然後這些聲音就消失了。當我們觀察這個最佳位置時，它結合在一起，我們就理解了探測器的工作原理，它變得足夠安靜，可以聽到軸子的聲音。”

2018年，該團隊進行了ABRACADABRA的第一次運行，在7月至8月之間連續採樣。在分析了這一時期的數據後，他們沒有發現任何軸子的質量範圍在0.31到8.3納米電子伏特之間的證據，這些電子伏特能改變100億分之一以上的電和磁。這個實驗的目的是檢測更小質量的軸子，小到大約1飛電子伏，大到1微電子伏。

該團隊將繼續進行目前的實驗，這是一個籃球大小，以尋找更小和更弱的軸子。與此同時，溫斯洛正在研究如何將實驗規模擴大到小型車的大小——這種尺寸可以檢測出更弱的軸子。溫斯洛說:“在實驗的下一個階段，確實有可能有重大發現。”“激勵我們的是看到改變這個領域的東西的可能性。這是高風險、高回報的物理學。”