科学家使用观察到的数据测试万有理论，得出了意想不到的效果

物理学中最重要的看法之一是，所有已知的力、粒子和相互作用都有可能在一个框架中被毗连起来。弦理论可以说是“万物理论”中最著名的一个，它将我们对物理宇宙的明白联系在一起。

只管有许多差别版本的弦理论在物理界流传了几十年，但很少有实验测试。然而，使用美国宇航局钱德拉x射线天文台的天文学家现在在这一领域取得了重大希望。

通过在星系团中搜索，研究人员能够找到一种特定的粒子，许多弦理论模型预测这种粒子应该存在。星系团是宇宙中由引力维系在一起的最大结构。虽然由此发生的不检测并不完全清除弦理论，但它确实对该理论家族中的某些模型造成了攻击。

向导这项研究的英国剑桥大学的克里斯托弗·雷诺兹说：“直到最近，我还不知道天文学家在弦理论方面到底能带来几多x射线，但我们可以发挥重要作用。如果这些粒子最终被探测到，它将永远改变物理学。”

雷诺兹和他的同事们正在寻找的粒子被称为“轴子”。这些尚未被探测到的粒子应该具有很是低的质量。科学家们不知道准确的质量规模，但许多理论的特点是轴子的质量从电子质量的百万分之一到零质量不等。一些科学家认为，轴子可以解释暗物质的秘密，暗物质占宇宙物质的绝大部门。

这些超低质量粒子的一个差别寻常的特性是，当它们穿过磁场时，有时会转换成光子。反之亦然：光子也可以在某些条件下转换成轴子。这种转换发生的频率取决于他们转换的容易水平，换句话说，取决于他们的“可兑换性”。

一些科学家提出存在一类更广泛的超低质量粒子，其性质与轴子类似。轴子在每一质量处都有一个可兑换的值，而“轴类粒子”在相同质量处有一个可兑换的规模。

“虽然在像星系团这样的庞大结构中寻找像轴子这样的微小粒子听起来可能是一件很难题的事情，但它们实际上是很值得寻找的地方。”论文的合著者、瑞典斯德哥尔摩大学的大卫·马什说，“星系团在很远的地方都有磁场，它们通常也有明亮的x射线源。这些特性加在一起，增加了发现类轴粒子转换的可能性。”

为了寻找轴类粒子转换的迹象，天文学家团队对钱德拉望远镜观察到的x射线举行了为期五天的研究，这些x射线来自于向英仙座星系团中心的超大质量黑洞坠落的物质。他们研究了钱德拉光谱，即在差别能量下视察到的x射线发射量。长时间的观察和明亮的x射线源提供了一个具有足够敏捷度的光谱，显示了科学家们所期望的轴状粒子存在时的扭曲。

由于缺乏对这种扭曲现象的检测，研究人员得以清除在他们视察到的敏感规模内存在的大多数轴状粒子，它们的质量约莫是电子质量的十亿分之一的百万分之一。

“我们的研究并没有清除这些粒子的存在，但这肯定对他们的情况没有资助。”英国诺丁汉大学的合著者海伦说，“这些约束挖掘了弦理论提出的属性规模，可能会资助弦理论家淘汰他们的理论。”

最新的效果比之前寻找类轴粒子的最佳效果(来自钱德拉对M87超大质量黑洞的观察)要敏感三到四倍。这项英仙座的研究也比现在在地球上的实验室里举行的质量规模的丈量要强大100倍。

显然，对这项事情的一种可能的解释是，类轴粒子并不存在。另一种解释是，这些粒子的可兑换性值甚至比这次观察的探测极限还要低，低于一些粒子物理学家的预期。它们的质量也可能比钱德拉探测到的要大。