物理學家在尋找暗物質的過程中越來越感到沮喪，暗物質是一種質量巨大但難以探測的物質，被認為構成了宇宙物質的 85%。 使用世界上最靈敏的暗物質探測器的團隊報告說，他們未能找到這些粒子，而且持續的乾旱挑戰了理論家的主流觀點。
10 月 30 日釋出的義大利格蘭薩索國家實驗室一項名為 XENON1T 的實驗的最新結果，延續了 30 年來在追捕暗物質粒子的道路上的乾旱時期。 中國團隊在同一天釋出的探測這種難以捉摸的物質的嘗試也一無所獲。 太空望遠鏡以及位於瑞士日內瓦附近的歐洲粒子物理實驗室 CERN 的持續嘗試也未能發現任何暗物質粒子的跡象。
這些發現讓研究人員難以找到答案。“我們對宇宙的運作方式的理解比我們大多數人承認的更深層次、更深刻，”俄亥俄州克利夫蘭凱斯西儲大學的天體物理學家斯泰西·麥高說。
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報道 訂閱。 透過購買訂閱，您將有助於確保關於塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
自 20 世紀 80 年代以來，物理學家普遍接受了暗物質的存在，以解釋為什麼星系保持完整而不是分崩離析，這是根據它們包含的可觀測質量以及它們旋轉的速度而預期的。 研究人員推測，不可見的暗物質暈環繞著星系並穩定了它們。 當暗物質模型成功預測了在宇宙微波背景中發現的宇宙大爆炸的可觀察回聲中的波動時，物理學家變得更加自信。
這些觀察結果成為了 20 世紀 80 年代一項提案的最有力證據，該提案認為暗物質可能由弱相互作用的大質量粒子（稱為 WIMP）形成。 這種粒子的存在符合物理學家對宇宙如何演化的看法，以及物質的相對丰度。 此外，WIMP 的特性將與稱為超對稱的粒子物理學分支預測的特性相匹配。
最新一輪結果似乎排除了最簡單、最優雅的超對稱理論，使人們對仍然未被發現的粒子是缺失的暗物質的想法產生懷疑。 科學家們說，如果簡單的超對稱理論不再可行，那麼任何 WIMP 粒子都必須比物理學家曾經認為的更微弱地與物質相互作用。“這不是對 WIMP 正規化的全面退卻，但絕對是重點的轉變，”伊利諾伊州巴達維亞費米國家加速器實驗室的物理學家丹·胡珀說。
態度正在轉變，物理學家越來越接受其他可能的暗物質解釋，新澤西州普林斯頓大學的理論天體物理學家大衛·斯珀格爾說，他是 WIMP 模型的早期支持者。“這些實驗並沒有完全關閉這扇窗。 然而，我們也需要考慮其他型別的暗物質和新的實驗，”他說。
專用探測器
建立能夠檢測 WIMP 與物質相互作用的微小速率的實驗花費了數十年的時間。 僅在過去十年中，在大約十幾個實驗室進行的實驗才達到了檢測它們所需的靈敏度水平。 世界上最靈敏的探測器是格蘭薩索的 XENON1T，它尋找當暗物質與其 3.5 噸超純液氙罐中的原子相互作用時產生的光閃爍。 但該團隊報告說，他們的第一次執行沒有發現暗物質。 中國熊貓X實驗的第二次迭代在四川省錦屏收集的兩年資料中也沒有任何訊號。 太空中的搜尋也未能找到 WIMP，而且人們希望 NASA 的費米望遠鏡從銀河系中心探測到的曾經很有希望的 γ 射線訊號是由於暗物質造成的，這種希望正在消退——更傳統的來源似乎可以解釋這種觀察結果。 只有一個關於暗物質探測的主要報告，由格蘭薩索的 DAMA 合作組織提供，但沒有一個小組成功複製了這一極具爭議的結果； 重新嘗試匹配它正在進行中。
基於與 XENON1T 相同原理的下一代探測器已經在開發中，如果物理學家最終要關閉 WIMP 的視窗，就必須使用它們。 但這些粒子的持續不出現讓理論家更加開放，並讓其他理論獲得突出地位，胡珀說。 也許暗物質由奇異的軸子粒子組成，類似於奇怪的大質量光子。 理論家還在研究暗物質是否根本不與已知粒子相互作用，而是存在於“隱藏扇區”中，他說。
WIMP 假設即將被拒絕對於少數聲稱暗物質本身是轉移注意力的物理學家來說是令人鼓舞的。“我希望人們會變得更加開放，”麥高說，他研究了修改後的引力版本，這些版本否定了對暗物質的需求。 然而，胡珀強調說，對 WIMP 支援的減弱並沒有削弱對暗物質的支援，他認為最終會找到暗物質。“我不擔心永遠不可能，但這可能會非常非常困難，”他說。
本文經許可轉載，並於2017 年 11 月 8 日首次發表。