對於物理學家們最青睞的暗物質解釋——這種似乎瀰漫宇宙的隱形物質來說，現在要麼成功，要麼永遠錯過機會。迄今為止規模最大、最靈敏的，針對許多物理學家認為構成暗物質的粒子——弱相互作用大質量粒子 (WIMP)——的搜尋，將於三月份在義大利格蘭薩索國家實驗室的 XENON1T 實驗中開始。
該專案是一系列探測器中的最新成果，這些探測器最早可追溯到 20 世紀 80 年代，但迄今為止都未能找到暗物質。如果這種難以捉摸的粒子在未來幾年內在 XENON1T 實驗中仍然沒有被發現，物理學家們可能不得不放棄這一主流理論，轉而尋找更奇特的解釋。“我們的最佳模型都在 XENON1T 的探測範圍之內，”普渡大學物理學家拉斐爾·朗說，他參與了這項實驗。“如果我們看不到它，那就意味著我們的想法完全錯了，我們真的必須回到原點。”
WIMP 是超弦理論的預測。粒子物理學標準模型的這種擴充套件理論提出了宇宙中所有已知基本物質粒子的夥伴粒子的存在。WIMP 將是這些夥伴粒子中最輕的，物理學家們青睞它們，因為該理論自然地預測了幾乎與專家們因其引力而知道必須存在的暗物質數量相當的量。（暗物質約佔宇宙中所有物質的 84%。）許多版本的 WIMP 已經被排除，因為之前對它們的搜尋一無所獲，但研究人員仍然希望剩餘的可能性之一會出現。
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XENON1T 埋藏在地下 1400 米的洞穴中，裝有一個巨大的圓柱形容器，裡面裝滿了 3500 公斤液態氙。這種物質在原子受到擾動時會自然發光；科學家們的目標是捕捉到暗物質粒子與氙核碰撞的罕見情況，這種撞擊應該會留下獨特的能量訊號。儘管暗物質被認為是無處不在的——每秒大約有 10 萬個暗物質粒子飛過每平方釐米的空間——但它幾乎從不與常規物質相互作用，通常只通過引力來顯示其存在。在計劃在 XENON1T 進行為期兩年的搜尋之後，如果能探測到僅僅 10 個似乎與暗物質預測特性相符的粒子，就足以宣佈一項發現。
這個耗資 1500 萬美元的專案由 10 個不同國家之間的合作資助，是之前實驗的迭代版本，規模是之前的 25 倍。新的 XENON 擁有更大的收集體積，以及改進的遮蔽以阻擋可能偽裝成暗物質的其他粒子，應該使其能夠在啟動後的兩天內超過早期實驗的靈敏度水平。它還應該在幾周內超越目前領先的暗物質實驗，即南達科他州 370 公斤重的地下氙實驗 (LUX)。加州大學歐文分校的理論家蒂姆·泰特說：“如果 XENON1T 能夠做出一個剛剛逃脫了之前幾代實驗的發現，我一點也不會感到驚訝。”他沒有參與這些實驗。
與此同時，WIMP 也可能隨時在日內瓦附近的大型強子對撞機中出現，在那裡，質子以接近光速的速度相互碰撞，從而產生新的粒子。該加速器去年開始了第二次執行，能量幾乎是 2009 年啟動時的兩倍，現在應該有足夠的能力產生大致與 XENON1T 可能探測到的 WIMP 相同的範圍。
如果在未來幾年內，它們都沒有看到任何粒子跡象，那麼理論家們可能就該轉向對暗物質的另一種解釋了。“一方面，我們知道它存在，但另一方面，我們對它知之甚少，因此很容易對各種可能性進行理論化，”泰特說。“如果我們看不到它，那就告訴我們暗物質已經變得比我們最初猜測的更奇怪、更奇妙。”