天体物理学领域的“暗物质”差异是什么？

暗物质是宇宙的一个理论部分，它在星系和星系团的尺度上具有最显著的引力效应。它大约占了宇宙的25%。我们不知道它是什么，但我们有一些想法。

1933年，弗里茨·兹威基首次提出暗物质，用来解释星系团中星系的运动。一个主要的例子就是兹威基使用的后发星系团。星系在星系团内移动得太快以至于观测到的物质无法解释。唯一的选择就是暗物质的存在。兹威基详细说明了暗物质是如何解释星团中星系的速度的，但他无法解释暗物质本身是什么。此外，他对同时代人咄咄逼人的态度使他们中的许多人忽视了暗物质的观点。

直到1970年，暗物质才再次出现。Vera Rubin测量了仙女座和我们银河系的旋转曲线，发现随着距离的增加，恒星的速度几乎是平坦的。这标志着不可观测物质的存在，可以解释旋转曲线。后来的测量发现了同样的旋转曲线，证明了暗物质的存在。人们怀疑星系间的氢气可以解释暗物质，但观察证明，虽然星系间气体丰富，但仍不足以解释暗物质的引力效应。

此后，关于暗物质的理论层出不穷。其中最突出的四个是弱相互作用大质量粒子、大质量粒子和超对称引力子。MACHOs基本上已经不受欢迎了，因为我们现在已经能探测到它们了，因为它们是天文物体。弱相互作用大质量粒子和引力子是可能的解释，但人们对它们的信心不大，尤其是在超对称尚未被证实的情况下。只有轴子仍然是一个可能的解释。

然而，轴子最初并不是为了解决暗物质问题，而是为了解决强CP问题。量子色动力学预测CP违背，在拉格朗日形式中很容易看到，但实验没有观察到任何。Peccei-Quinn理论提出了一种U(1)对称，该对称在标量场中自发被打破，其中轴子是对称性被打破的结果。最初由Wilczek和Weinberg提出的轴子是一个Goldstone玻色子，尽管事实证明真空效应在QCD中造成了轻微的不对称，所以轴子实际上是一个伪Goldstone玻色子，一个有质量的玻色子。这就是最终将暗物质带入混合物的原因，即不可见的轴子。不可见的轴子在探测和实验中相互作用非常微弱，这就解释了为什么没有探测到轴子。

到2020年，这种情况可能会改变。早在6月，XENON1T实验的研究人员认为他们可能探测到了太阳轴子。他们计算出，他们的数据与太阳轴子与探测器内的氙相互作用最吻合，这将表明暗物质也是一个轴子。不幸的是，数据仍然停留在3.5个层次，而不是构成一个发现所必需的5个层次。然而，目前轴子是我们解释暗物质的最大希望。