這是暗物質研究中顯而易見但避而不談的問題：一項聲稱的探測結果令人難以置信，無法證實，而且出乎意料地難以解釋。現在，四個將使用與提出這項宣告的合作團隊相同型別探測器的儀器正在研製中或準備上線。從事這些實驗的物理學家說，在三年內，這些實驗將能夠證實暗物質的存在，或徹底排除這項宣告。
“這個問題將會得到解決，”新澤西州普林斯頓大學的弗蘭克·卡拉普里斯說，他領導著其中一項工作。
最初的宣告來自 DAMA 合作組織，該組織的探測器位於羅馬以東的格蘭薩索山脈深處的一個實驗室中。十多年來，它報告了壓倒性的證據表明暗物質的存在，暗物質是一種看不見的物質，據認為它透過引力將星系束縛在一起。首批新探測器將在幾周後在韓國上線開始採集資料。其餘的將在未來幾年內在西班牙、澳大利亞以及格蘭薩索陸續上線。所有探測器都將使用碘化鈉晶體來探測暗物質，除了 DAMA 的實驗外，之前沒有任何全面的實驗這樣做過。
關於支援科學新聞
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞事業 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保未來能夠繼續報道關於塑造我們當今世界的發現和想法的有影響力的故事。
科學家們有充分的證據表明暗物質存在，並且至少比普通物質豐富五倍。但其本質仍然是個謎。主要的假設是，其質量至少有一部分是由弱相互作用重粒子 (WIMP) 組成的，這些粒子在地球上應該偶爾會撞擊原子核。
如果探測器中發生這種情況，DAMA 的碘化鈉晶體應該會產生閃光。雖然天然放射性也會產生這種閃光，但 DAMA 聲稱探測到 WIMP（首次在 1998 年提出）的依據是，每天產生的閃光次數隨季節而變化。
他們說，如果訊號是由當太陽系穿過銀河系的暗物質暈時降落在地球上的 WIMP 產生的，那麼這正是預期的結果。在這種情況下，當地球的軌道運動與太陽的軌道運動一致時（在 6 月初），穿過地球的粒子數量應該達到峰值，而當地球的運動與太陽的運動相反時（在 12 月初），粒子數量應該達到低谷。
但有一個大問題。“如果真的是暗物質，那麼其他許多實驗應該已經看到了它，”德國卡爾斯魯厄理工學院的理論物理學家托馬斯·施韋茨-芒戈爾德說——但事實並非如此。但與此同時，所有試圖找出 DAMA 實驗漏洞的嘗試，例如研究人員沒有考慮到的環境影響，都失敗了。“調製訊號是存在的，”加州大學聖地亞哥分校的倪凱旋說，他從事一項名為 XENON1T 的暗物質實驗。“但是如何解釋該訊號——是來自暗物質還是其他物質——尚不清楚。”
沒有其他全面的實驗在其探測器中使用碘化鈉，儘管韓國的韓國隱形質量搜尋 (KIMS) 使用了碘化銫。因此，暗物質與鈉的相互作用方式可能與其他元素不同。伊利諾伊州芝加哥大學的胡安·科拉爾說：“除非有人啟動一個由相同材料製成的探測器，否則你不會相信那裡什麼也沒有，”他曾參與過多個暗物質實驗。
許多人發現，要生長出具有所需純度的碘化鈉晶體具有挑戰性。鉀汙染是一個特別的問題，鉀具有天然存在的放射性同位素。
但現在，三個暗物質搜尋團隊——KIMS；DM-Ice，由康涅狄格州紐黑文的耶魯大學運營；以及西班牙薩拉戈薩大學的 ANAIS——都獲得了晶體，其背景放射性水平約為 DAMA 的兩倍。他們說，這已經足夠純淨，可以測試其結果。
KIMS 和 DM-Ice 團隊在首爾以東 160 公里的襄陽地下實驗室共同建造了一個碘化鈉探測器。韓國地下物理中心主任金榮德說，該儀器使用“主動否決”感測器，使其能夠比 DAMA 更好地將暗物質訊號與噪聲分離，該中心負責管理 KIMS。
ANAIS 正在西班牙比利牛斯山脈的坎夫蘭克地下實驗室建造一個類似的探測器。KIMS/DM-Ice 和 ANAIS 加起來將擁有約 200 公斤的碘化鈉，他們將彙集資料。他們說，這與 DAMA 的 250 公斤相當，使他們能夠捕獲數量相似的 WIMP。耶魯大學 DM-Ice 負責人雷納·丸山說，即使較新的探測器具有更高的背景噪聲水平，仍然有可能證偽或重現非常大的 DAMA 訊號。
但卡拉普里斯認為，高純度比質量更重要。他和他的合作者開發了一種降低汙染的技術，並在 1 月份宣佈，他們是第一個獲得比 DAMA 更純淨的晶體的人。他預計將進一步降低背景水平，降至 DAMA 的十分之一。
SABRE（碘化鈉主動背景抑制）專案將在格蘭薩索放置一個探測器，另一個探測器將放置在澳大利亞維多利亞州金礦中正在建設的斯塔韋爾地下物理實驗室。SABRE 也將使用感測器從噪聲中提取暗物質訊號，總質量為 50 公斤。
卡拉普里斯說，SABRE 應該會在大約一年內完成其研發階段，並在此之後不久建造其探測器。然後，它將向其他實驗室提供其技術——這是 DAMA 沒有做的事情。在南北半球都擁有雙探測器可以澄清環境影響是否可能在 DAMA 的結果中模擬了暗物質的季節性——如果訊號來自 WIMP，那麼兩個探測器應該同時看到峰值。
羅馬第二大學發言人麗塔·貝爾納貝說，DAMA 將至少等到 2017 年才會釋出其最新結果。她對即將到來的碘化鈉探測器並不抱太大期望。“我們的結果已經在 14 個年度週期中透過無數次交叉檢查得到驗證，因此我們沒有理由對其他人可能會做什麼感到興奮，”她說。她補充說，如果其他實驗沒有看到年度調製，她的合作團隊將得出結論，他們還沒有足夠的靈敏度。
這些團隊能證明 DAMA 是正確的嗎？“起初，我不願意相信 DAMA 的結果，甚至不認真對待它們，”密歇根大學安阿伯分校的理論天體粒子物理學家凱瑟琳·弗里斯說，她和她的合作者首先提出了 DAMA 使用的季節性調製技術。但是，隨著 DAMA 資料的積累，並且沒有出現對其訊號的其他解釋，弗里斯現在對暗物質可能最終被發現的可能性感到興奮。墨爾本大學 SABRE 澳大利亞分部負責人伊麗莎貝塔·巴貝里奧說，許多人嘗試重複 DAMA 的實驗但都失敗了，這一事實表明這並不容易。“人們越深入研究他們的實驗，就越會意識到它做得非常好。”
編者注（2016 年 4 月 18 日）：最後一段已修訂，以更好地反映凱瑟琳·弗里斯對 DAMA 合作組織結果的看法。
本文經許可轉載，並於 2016 年 4 月 5 日首次發表。