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科學家們正在與宇宙中最豐富的成分之一：暗物質進行一場頑強的捉迷藏遊戲。到目前為止，暗物質仍然躲藏著，科學家們仍在尋找。沒有人知道這種看不見的物質形式是由什麼構成的，但主要的候選者是一種叫做WIMP（弱相互作用大質量粒子）的粒子。WIMP 很有吸引力，因為儘管它們本身既不輻射也不反射光，但它們可能會產生其他輻射或反射光的粒子。
WIMP 可能與反 WIMP 相同，這意味著它們是它們自己的反物質對應物。如果是這種情況，當兩個 WIMP 碰撞時，它們會像物質和反物質接觸時一樣互相摧毀。這種湮滅可能會以高能光子（稱為伽馬射線）的形式產生可探測的證據。透過識別這些伽馬射線，科學家們可能能夠間接探測到暗物質，並 выяснить 它是由什麼構成的。
NASA 的費米伽馬射線太空望遠鏡正在採取這種策略，這是一顆於 2008 年發射的地球軌道衛星。大眾科學與費米合作成員斯特凡·芬克進行了交談，斯特凡·芬克是加利福尼亞州 SLAC 國家加速器實驗室的天體物理學家，談論了尋找暗物質的試驗以及在不久的將來找到它的前景。
[以下是對話的編輯稿。]
我們是否已經看到任何 WIMP 湮滅的跡象？
的確，有一些跡象表明我們正在看到來自暗物質湮滅的伽馬射線，儘管應該說所有這些跡象都必須持保留態度。我們從特定地點看到伽馬射線並不一定意味著它們是由暗物質產生的。其他過程也可能產生伽馬射線。當我們觀察這些訊號時，我們必須非常小心，以便排除所有其他解釋。
但即便如此，我仍然會說，在過去兩三年內，基本上出現了兩個非常令人興奮的訊號，都來自費米大面積望遠鏡。兩者都來自我們銀河系中心周圍的區域。其中一個是我們稱之為線的訊號——一種伽馬射線訊號，它們都具有某種特徵能量，130 GeV [吉電子伏特]。這是我們在銀河系中心看到的，但置信度有點低。不幸的是，隨著更多的資料，這似乎是統計波動和我們探測器中某些系統效應的結合。如果該訊號增加，這將非常清楚地表明這是一個真實訊號，並且非常清楚地表明是暗物質湮滅。
人們非常興奮的第二件事也來自銀河系中心區域。在低能量下，沒有單能線，而是更寬的光譜特徵。該訊號中存在一系列能量，但這個訊號很難用我們從銀河系中心區域已知的任何傳統天體物理源來解釋。這個訊號不是統計上的偶然事件——這是一個非常顯著的訊號。
這不是線訊號，而是一系列能量，這是一個問題嗎？
根據這些粒子湮滅的方式，它們要麼產生單能訊號，要麼產生一系列能量。當然，看到一個單能線的訊號會更好，因為這樣更容易排除天體物理來源，但自然可能不會那麼仁慈。這些粒子也有一種湮滅方式，會產生一系列能量。
現在人們對第二個訊號當然很興奮，但當然也很謹慎，因為它可能與暗物質湮滅有不同的起源。
除了銀河系中心，您還在哪裡尋找暗物質湮滅的跡象？
我們觀察某些我們知道具有高暗物質密度的物體，例如我們銀河系的衛星星系。到目前為止，我們還沒有看到訊號。在低能量下有一個小訊號，其能量範圍與來自銀河系中心的範圍相似，但我會說這肯定仍在我們的系統不確定性範圍內。如果沒有任何訊號，那麼與我們的預期相比，存在一個小偏差，但我不會對此大驚小怪。
要確定費米觀測到的現象是否是暗物質，需要什麼？
肯定需要更多的資料。我們還在顯著改進我們探測器內伽馬射線的重建。這將闡明矮星系 [衛星星系] 中的訊號，並將幫助我們更好地理解銀河系中心訊號的特性。
在銀河系中心，存在氣體很多的複雜情況——氣體也會產生伽馬射線。所以總是有前景發射的問題。要改進這一點，僅僅意味著我們需要普遍提高我們對銀河系中心區域的理解，這是一件很難做到的事情。更多的資料會有所幫助，但也只能在一定程度上有所幫助。
那麼其他間接暗物質搜尋呢，例如國際空間站上的阿爾法磁譜儀 (AMS) 實驗？
當暗物質粒子湮滅時，有多種湮滅方式，其中一種是產生帶電粒子，例如正電子 [電子的反物質對應物]。因此，尋找伽馬射線並不是尋找暗物質湮滅的唯一方法。伽馬射線一旦產生，就會沿直線傳播，因此透過確定它們來自的方向，我們可以知道產生伽馬射線的相互作用發生在哪裡。這非常有幫助。
對於帶電粒子，AMS 正在尋找的就是這種粒子，情況要困難得多，因為你不知道這些粒子來自哪裡，因為它們在到達我們的途中會被磁場偏轉。儘管如此，像 AMS 和 PAMELA [用於反物質物質探索和輕核天體物理學的有效載荷] 這樣的儀器已經表明，到達地球的正電子丰度異常。但這有點類似於銀河系中心第二個伽馬射線訊號的情況——非常非常難以排除正電子的天體物理起源。
我們如何判斷這是否是暗物質的真實跡象？
AMS 想要做的是精確測量正電子分數在最高能量下是如何截斷的。這可能會提供一些線索，並可能使我們能夠區分天體物理模型和暗物質模型。但這非常困難。
還有其他人試圖使用稱為反氘核的粒子，這種粒子也會在暗物質湮滅中產生，但通常不會在天體物理源中產生。這是透過氣球實驗完成的，但人們至今尚未能夠檢測到任何反氘核。
您認為我們即將確定地探測到暗物質嗎？
如果暗物質真的是 WIMP，那麼我認為我們很快就會透過直接探測實驗或間接探測看到它的機會非常大——或者如果我們開始在大型強子對撞機的新執行中看到超對稱性。如果暗物質不是 WIMP，那麼這種情況可能會持續很長時間。那麼探測到它的前景就更難評估了。
現在絕對是從事物理學研究的激動人心的時刻。令人興奮的是，我們對宇宙瞭解得如此之多。我們知道暗能量存在，我們知道暗物質存在。我們知道，在暗物質的情況下，它佔所有物質的 80% 左右——但我們仍然不知道它是什麼。我喜歡的還有，不同的群體正在走到一起，試圖用不同的方式來解決這個問題。我希望在我有生之年，所有這些努力都會結出碩果。