你可能聽說過軸子，它是一種假想的粒子，被認為可以解決強相互作用的CP問題。簡單地說，這個問題就是為什么強相互作用沒有違反CP對稱性，即物質和反物質之間的對稱性。軸子的存在可以使得強相互作用的CP破壞參數非常小，從而與實驗觀測一致。

軸子有很多種類，其中一種是QCD軸子，它與量子色動力學（QCD）有關，即描述夸克和膠子之間的強相互作用的理論。QCD軸子的質量和衰變常數之間有一個反比關系，即質量越大，衰變常數越小。衰變常數決定了軸子與其他粒子之間的耦合強度，也就是說，衰變常數越小，軸子越難被探測到。

目前，大多數實驗都在尋找質量很小（小于1電子伏特）的QCD軸子，因為它們可以解釋暗物質的起源。然而，也有一些理論模型預測了質量較大（大于100兆電子伏特）的QCD軸子，它們可以解決軸子質量問題和軸子品質問題。這些問題涉及到軸子在高能物理中的自然性和穩定性。質量較大的QCD軸子可以通過與其他粒子相互作用產生，并且可以衰變成兩個輕子（如電子或μ子）。

最近，一個名為ArgoNeuT的實驗在費米國家實驗室進行了一次前所未有的探測重型QCD軸子的嘗試。該實驗利用了NuMI中微子束線上的液氬時間投影室探測器和MINOS近探測器的獨特能力，來尋找從中微子束靶和吸收器產生并衰變成μ μ?對的重型QCD軸子。該實驗覆蓋了一個之前未被探索過的重型QCD軸子參數空間區域，即質量在0.2-0.9 GeV之間，衰變常數在幾十TeV左右。

研究人員利用了2010年2月至2010年9月期間收集的數據，對重QCD軸子進行了搜索。他們首先根據理論模型生成了不同質量和衰變常數的重QCD軸子，并模擬了它們在探測器中的衰變信號。然后，他們根據一系列選擇標準，從數據中篩選出可能是由重QCD軸子衰變產生的候選事件。這些標準包括：兩個μ子徑跡必須在ArgoNeuT或MINOS探測器內開始，并且不能與其他粒子相互作用；兩個μ子必須具有相反電荷；兩個μ子的不變質量必須與假設的軸子質量一致；兩個μ子的總動量必須與假設的軸子動量一致；兩個μ子必須與束流方向夾角小于10度。經過這些選擇標準后，作者沒有發現任何候選事件，這意味著數據與沒有軸子存在的假設一致。

研究人員進一步估計了數據中可能存在的背景事件，即由其他粒子（如π0，K0，η等）衰變產生的類似信號。他們考慮了兩種主要的背景來源：一種是來自束流中的中微子和反中微子與探測器內原子核相互作用產生的中性介子；另一種是來自束流中的μ子與探測器內原子核相互作用產生的荷電介子。他們利用蒙特卡羅模擬和實驗數據來評估這些背景的貢獻，并發現它們都非常小，遠低于一個事件的水平。

最后，研究人員利用貝葉斯統計方法，根據數據中沒有發現候選事件的事實，給出了重QCD軸子的新限制。他們考慮了系統誤差的影響，并給出了95%置信水平下的軸子衰變常數和質量之間的關系。他們發現，對于0.2-0.9 GeV之間的軸子質量，他們可以排除幾十TeV左右的軸子衰變常數。這是對這一質量范圍內重QCD軸子的首次限制，也是目前最強的限制之一。這一結果為未來利用LArTPC探測器對重QCD軸子進行更深入的探索提供了重要的參考。