隨著希格斯粒(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)的(de)(de)發現，標準模(mo)型(xing)(xing)已被各種(zhong)實驗(yan)證(zheng)實。標準模(mo)型(xing)(xing)是(shi)(shi)物(wu)(wu)(wu)理(li)(li)(li)(li)(li)學杰出(chu)的(de)(de)成就(jiu)之一，但它仍有(you)一些(xie)問題，如(ru)暗(an)(an)物(wu)(wu)(wu)質(zhi)和(he)(he)強CP問題等(deng)。故(gu)標準模(mo)型(xing)(xing)不可能是(shi)(shi)粒(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)物(wu)(wu)(wu)理(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)終(zhong)極(ji)理(li)(li)(li)(li)(li)論(lun)。Peccei-Quinn（PQ）機制自然解釋了強CP問題，并預言了軸子(zi)(zi)(zi)(zi)。軸子(zi)(zi)(zi)(zi)是(shi)(shi)暗(an)(an)物(wu)(wu)(wu)質(zhi)候(hou)選者，如(ru)果質(zhi)量約為50 μeV，其(qi)剩余豐度與目前(qian)觀測值相符。軸子(zi)(zi)(zi)(zi)及其(qi)推(tui)廣類(lei)軸子(zi)(zi)(zi)(zi)與主流超出(chu)標準模(mo)型(xing)(xing)的(de)(de)新物(wu)(wu)(wu)理(li)(li)(li)(li)(li)如(ru)超對稱理(li)(li)(li)(li)(li)論(lun)、大統一理(li)(li)(li)(li)(li)論(lun)、超弦理(li)(li)(li)(li)(li)論(lun)和(he)(he)暴漲理(li)(li)(li)(li)(li)論(lun)等(deng)有(you)緊(jin)密聯系(xi)。故(gu)軸子(zi)(zi)(zi)(zi)/類(lei)軸子(zi)(zi)(zi)(zi)是(shi)(shi)有(you)希望的(de)(de)超出(chu)標準模(mo)型(xing)(xing)的(de)(de)新物(wu)(wu)(wu)理(li)(li)(li)(li)(li)，其(qi)理(li)(li)(li)(li)(li)論(lun)和(he)(he)實驗(yan)研(yan)究(jiu)是(shi)(shi)目前(qian)粒(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)物(wu)(wu)(wu)理(li)(li)(li)(li)(li)前(qian)沿(yan)研(yan)究(jiu)熱點(dian)。此外，Sudbury Neutrino Observatory（SNO）實驗(yan)利(li)用中微(wei)子(zi)(zi)(zi)(zi)與重(zhong)水的(de)(de)相互作用來探測太陽中微(wei)子(zi)(zi)(zi)(zi)，其(qi)優點(dian)是(shi)(shi)可同(tong)時探測標準模(mo)型(xing)(xing)中三(san)種(zhong)味道中微(wei)子(zi)(zi)(zi)(zi)并解決太陽中微(wei)子(zi)(zi)(zi)(zi)問題。

　　中國(guo)科學院理(li)論(lun)物理(li)研(yan)究所研(yan)究員李(li)田軍，北京工業大學理(li)學部國(guo)際教師Nick Houston，以及理(li)論(lun)物理(li)所博士研(yan)究生Aagaman Bhusal，創造(zao)性地提出利用(yong)SNO實驗結(jie)果，開展(zhan)輕型暗(an)物質(zhi)或長壽命粒子(zi)的探測研(yan)究，并首(shou)先(xian)于太陽軸子(zi)探測研(yan)究中取(qu)得(de)進展(zhan)。

　　太陽(yang)軸(zhou)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)產(chan)(chan)(chan)生于(yu)(yu)(yu)質(zhi)(zhi)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)-質(zhi)(zhi)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)的(de)二級聚變(bian)（Fusion）過程，即(ji)質(zhi)(zhi)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)-質(zhi)(zhi)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)湮滅產(chan)(chan)(chan)生氘(dao)(dao)核(he)(he)(he)、正(zheng)電(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)和(he)電(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)中(zhong)(zhong)(zhong)微子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)，或者質(zhi)(zhi)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)、質(zhi)(zhi)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)和(he)電(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)共湮滅產(chan)(chan)(chan)生氘(dao)(dao)核(he)(he)(he)和(he)電(dian)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)中(zhong)(zhong)(zhong)微子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)，然后質(zhi)(zhi)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)和(he)氘(dao)(dao)核(he)(he)(he)湮滅產(chan)(chan)(chan)生氦3核(he)(he)(he)和(he)軸(zhou)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)，其(qi)(qi)軸(zhou)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)能量約(yue)為5.5 MeV。在SNO探測器(qi)內，正(zheng)如1978年諾貝爾獎獲(huo)得者Steven Weinberg首先指出的(de)，能量大于(yu)(yu)(yu)2.2 MeV的(de)軸(zhou)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)可以將(jiang)氘(dao)(dao)核(he)(he)(he)離解為質(zhi)(zhi)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)和(he)中(zhong)(zhong)(zhong)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)。離解產(chan)(chan)(chan)生的(de)中(zhong)(zhong)(zhong)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)平衡之后，中(zhong)(zhong)(zhong)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)與氘(dao)(dao)核(he)(he)(he)湮滅產(chan)(chan)(chan)生氚核(he)(he)(he)和(he) 6.25 MeV的(de)光子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)，該光子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)可以被(bei)光電(dian)倍增(zeng)管(guan)（PMT）觀測到。其(qi)(qi)背景是(shi)中(zhong)(zhong)(zhong)微子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)與氘(dao)(dao)核(he)(he)(he)湮滅產(chan)(chan)(chan)生中(zhong)(zhong)(zhong)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)、質(zhi)(zhi)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)和(he)中(zhong)(zhong)(zhong)微子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)過程。該軸(zhou)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)探測方案優點(dian)是(shi)不依賴于(yu)(yu)(yu)軸(zhou)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)是(shi)否是(shi)暗物質(zhi)(zhi)候選者，且(qie)其(qi)(qi)結果(guo)與模型無關等。

　　利用SNO全部數據，對于質量小于MeV的軸子，李田軍與合作者排除了軸子和核子之間的Isovector Coupling () 大于的參(can)數(shu)(shu)空間（如(ru)圖中(zhong)藍色區(qu)域）并在部分參(can)數(shu)(shu)空間給(gei)出了目(mu)前世(shi)界上(shang)最強的實(shi)驗限制，這也是世(shi)界上(shang)首次對(dui)此耦(ou)(ou)合常(chang)(chang)數(shu)(shu)給(gei)出直(zhi)接探測(ce)的實(shi)驗限制。若該耦(ou)(ou)合常(chang)(chang)數(shu)(shu)中(zhong)軸子(zi)質子(zi)耦(ou)(ou)合常(chang)(chang)數(shu)(shu)與軸子(zi)中(zhong)子(zi)耦(ou)(ou)合常(chang)(chang)數(shu)(shu)沒有(you)(you)精確相消，該研究(jiu)結(jie)果能夠(gou)排除以前實(shi)驗如(ru)SN1987A和Neutron Star Cooling等沒有(you)(you)排除的相關參(can)數(shu)(shu)空間。

　　相關研究成果發表在Physical Review Letters上，研(yan)究工(gong)作(zuo)得到(dao)國家重(zhong)點研(yan)發計劃項目(mu)、國家自然科(ke)學基金(jin)面上項目(mu)、彭桓武理(li)論物理(li)創(chuang)新(xin)研(yan)究中心(xin)及中科(ke)院前沿科(ke)學重(zhong)點研(yan)究項目(mu)等的支持(chi)。

理論物理所等在軸(zhou)子(zi)探測研(yan)究中獲進展