宇宙中约 80% 的物质是一种未被发现的物质，称为"暗物质"。虽然理论上认为它的存在已经有大约 90 年的时间，但 JEDI 合作组织的科学家们正在利用先进的粒子加速器技术，开发新的方法来探测它，尽管确凿的证据仍然难以捉摸。

宇宙中约 80% 的物质是一种未被发现的物质，称为 "暗物质"。虽然理论上认为暗物质的存在已经有大约 90 年的历史，但 JEDI 合作组织的科学家们利用先进的粒子加速器技术，正在开发新的方法来探测暗物质，尽管确凿的证据仍然难以捉摸。

该研究的合著者之一约尔格-普雷茨（Jörg Pretz）解释说："这是协调星系内可见物质的速度分布与现有知识的唯一方法，一种以前未观察到的'暗'物质形式必须额外地稳定星系"。他同时也是尤里希研究中心核物理研究所的副所长和亚琛工业大学的教授

自 20 世纪 30 年代以来，物理学家一直在寻找这种物质。科学界不乏各种理论，但还没有人成功地探测到暗物质。沃尔克-海尼博士（Volker Hejny）说："这是因为暗物质的性质还完全不清楚。"

海尼博士也来自于尤利希核物理研究所，和他的同事约尔格-普雷茨（Jörg Pretz）一样，也是进行这项实验的国际 JEDI 合作组织的成员。JEDI 是 Jülich Electric Dipole moment Investigations 的缩写，参与合作的科学家自 2011 年以来一直致力于测量带电粒子的电偶极矩。

"暗物质是不可见的，迄今为止只是通过其引力间接地显现出来。它的影响相对微小，这就是为什么只有在质量极大的情况下--比如整个星系--暗物质才会真正显现出来"。

理论物理学家已经提出了一些暗物质可能由其组成的假想基本粒子。根据这些粒子的特性，可以使用各种方法来探测它们--这些方法不需要高度复杂的引力效应探测。这些方法包括轴子和类轴子粒子。

在他们的实验中，JEDI 的科学家们利用了尤利希粒子加速器 COSY 的一个特殊功能：使用偏振光束。图片来源：Forschungszentrum Jülich / Ralf-Uwe Limbach

"轴子最初是为了解决量子色动力学强相互作用理论中的一个问题，"Pretz解释道。"轴子这个名字可以追溯到诺贝尔物理学奖得主弗兰克-威尔切克（Frank Wilczek），指的是一种洗涤剂品牌：可以说，这种粒子的存在是为了'清理'物理学理论。"

为了探测轴子，JEDI 合作项目的科学家们利用了粒子的自旋。"自旋是量子力学的一个独特性质，它使粒子表现得像小型条形磁铁，"Hejny 解释说。"例如，医学成像中的磁共振成像（简称 MRI）就利用了这一特性。作为这一过程的一部分，原子核的自旋会被强大的外部磁场激发。"

核磁共振成像技术也被用来寻找暗物质。在普通核磁共振成像中，原子处于静止状态，而在加速器中，粒子几乎以光速运动。这使得某些领域的检查更加灵敏，测量更加精确。

在他们的实验中，JEDI 的科学家们利用了尤利希粒子加速器 COSY 的一个特殊功能，即使用偏振光束。"在传统的粒子束中，粒子的自旋方向是随机的，"Pretz 说。"而在偏振粒子束中，自旋是朝一个方向排列的"。全世界只有少数加速器具备这种能力。"

如果正如科学家们所猜测的那样，我们周围存在轴子的背景场，那么这将影响自旋的运动--因此最终可能在实验中被检测到。然而，预期的影响微乎其微。测量还不够精确。不过，虽然 JEDI 实验还没有发现暗物质粒子的证据，但研究人员已经设法进一步缩小了可能的相互作用效应的范围。也许更重要的是，他们能够在寻找暗物质的过程中建立一种新的、有前途的方法。