实验大厅图示：左侧为靶标作用腔，右侧为真空收集管与探测器。图片来源：Gianluca Gregori
研究人员在汉堡欧洲X射线自由电子激光装置（European XFEL）开展了一项探索暗物质候选粒子的实验，并于《物理评论快报》发表了研究成果。该实验瞄准轴子（axion）——一种被提出用于解释中子为何缺乏电偶极矩的假想粒子。尽管中子由带电夸克构成，但其电荷分布却呈现对称性，轴子理论认为这种极轻粒子可通过抵消夸克间电荷失衡解决该难题。若实验成功观测到该过程，将直接证实超越标准模型的新物理机制。
值得关注的是，轴子同时被视作暗物质的潜在候选者。这种神秘物质被认为是构成宇宙结构的主体成分。
研究团队动用了全球最强大的X射线装置：位于德国汉堡附近的欧洲X射线自由电子激光装置（European XFEL）。该设施拥有3.4公里长的隧道，内置超导直线加速器与光子束线，每秒可产生27,000次超短X射线脉冲。实验通过精确校准的锗晶体薄片引导X射线，利用其内部强电场（对运动粒子等效于10³特斯拉量级磁场）实现光子与轴子的相互转化。晶体间设置的不透明钛板可阻隔光子，仅允许轴子穿透，随后通过另一侧晶体中轴子复转为光子的过程实现探测（即"光穿墙"技术）。
这项原理性验证实验表明，该装置对轴子的探测灵敏度已与现有加速器实验相当。未来研究将聚焦于毫电子伏至千电子伏质量区间的轴子，计划将灵敏度提升数百倍，以期探测量子色动力学理论预言的轴子特性。
研究负责人、STFC实验等离子体物理学家Jack Halliday博士指出："该实验彰显了XFEL技术在探索基础物理前沿问题中的独特价值。" 项目首席科学家、牛津大学Gianluca Gregori教授补充道："这项成果得益于牛津大学原子激光物理、理论物理与粒子物理团队的长年协作，尤其是应对非标准测量数据的多学科解析能力。" 该国际合作团队由牛津大学、英国科学技术设施委员会（STFC）及多家实验室组成。
