經過多年的失敗尋找，暗物質搜尋者們開始轉向

美國《連線》雜誌近期刊文稱：經過多年的失敗尋找，暗物質搜尋者們開始轉向。之前被公認為最大可能是暗物質組成成份的弱相互作用的大質量粒子（WIMPs）受到了物理學家的質疑，物理學家為此紛紛提出新的理論和實驗，對暗物質的組成繼續探索。

以下為文章翻譯：

物理學家非常坦率的承認：他們不知道暗物質由什麼組成。

耶魯大學的物理學家Reina Maruyama説：“我們都在撓頭”。

華盛頓大學的物理學家Gray Rybka説：“我們的直覺認為，暗物質80%的可能是這種樣子，20%的可能是另一種樣子”。他這樣想不是基於科學，他説：“這是基於民間智慧”。

通過望遠鏡，他們觀察到大量的關於暗物質的證據。他們觀察到，星系的旋轉速度遠遠高它們可見質量所允許的。根據已經建立的引力方程，這些星系應該解體，就像蛋糕麪糊從旋轉的攪拌機上脱落一樣。大家普遍認為，一定有某種看不見的物質——暗物質，將這些星系連接在一起。觀測的結果顯示暗物質由擴散物質組成，Maruyama説：“有點像棉球（擴散物質）”。他與其他專家共同牽頭了一個名為COSINE-100的暗物質研究項目。

然而在地球上，暗物質的線索並不多。考慮到星系的旋轉速度，暗物質應該佔到宇宙物質的85%，包括在我們小家園地球上也是如此。但是隻有一個實驗，在意大利的探測器DAMA曾記錄了地球上存在暗物質的令人信服的證據。與該實驗無關的Maruyama説“其他的實驗也有暗示，但是DAMA是唯一一個有強烈信號的”。二十年來，DAMA一直測量不同的信號，在六月份信號到達峯值，在十二月份信號下降。這種信號表明，暗物質以不同的速度撞擊地球，這一速度與地球在軌道在的位置有關。這與理論預測相符。

但是這項研究沒有產生其他有希望的信號。今年，一些探測器報告了一些無效的發現。XENON1T是一個與DAMA一樣，位於同一個意大利實驗室的探測器，今年五月它宣佈沒有發現任何東西。熊貓-X是一個在中國進行的實驗，實驗組今年七月發表文章稱，他們沒有發現任何東西。Maruyama的團隊發佈，他們的探測器（韓國版的DAMA探測器，由大約200磅碘化銀製成）未能成功複製意大利前輩的結果。

這些實驗都是被設計用來尋找一種特定的暗物質候選體，這是一種理論化的粒子類型，被稱為弱相互作用的大質量粒子（WIMPs），其重量應該是電子的100萬倍左右。WIMPs多年來一直主導着暗物質研究，但加州大學伯克利分校的天體物理學家Miguel Zumalacarreguiyi早已厭倦了它們。大約十年前，當Zumalacarreguiyi還是一名博士時，WIMP的研究人員就已經承諾即將有一項發現。Zumalacarreguiyi説：“他們只是空手而還”。

Zumalacarreguiyi不是唯一一個對WIMP感到厭倦的人。Rybka説，從某些方面來説，他很久以前就開始厭倦WIMP。Rybka與其他人共同領導一項實驗，該試驗正在研究另一種暗物質候選者：一種叫做軸子的精緻粒子，大約比電子輕10億倍，比WIMP輕得多。今年四月，軸子暗物質實驗合作組織宣佈，他們終於調整好了探測器，使其足夠敏感，可以探測軸子。

Rybka稱，探測器的運作有點像調幅收音機。機器內部的強磁鐵會將進入的軸子轉換成無線電波，然後探測器會探測到這些電波。“因為我們不知道軸子的確切質量，所以我們不知道該調到哪個頻率”Rybka説，“所以我們一邊聽一邊慢慢轉動旋鈕，大部分時間我們聽到的都是噪聲。但希望有一天，我們能調到合適的頻率，聽到那種純淨的聲音”。

Rybka把賭注壓在了軸子上，因為它們還能解開物理學中另一個長期存在的謎團：夸克如何結合在一起形成原子核的。他説“這似乎太好了，不可能只是巧合，這個來自核物理的理論碰巧製造了適量的暗物質”。

當Rybka團隊在地球數據中尋找軸子的蹤跡時，天體物理學家們在空間中尋找線索。在十月份發表的一篇論文中，Zumalacarreguiyi和他的一位同事排除了一箇舊觀點，即：暗物質主要由黑洞組成。他們是通過二十多年對超新星觀測得出這個結論。當超新星經過黑洞的後面，黑洞的引力會使超新星的光發生折射，使其看起來更亮。光線越亮，黑洞質量越大。因此，通過將數百顆超新星的亮度製成表格，他們計算出，那些至少是太陽百分之一大小的黑洞可以佔到暗物質的40%，僅此而已。

“我們正處在我們的最佳理論似乎即將被打破的時期”，牛津大學的天體物理學家Jamie Farnes説，“我們顯然需要一些新想法。關於宇宙如何運行，我們正在錯失一些關鍵的東西”。

Farnes試圖填補這一空白。在去年12月發表的一篇論文中，他提出，暗物質可能是一種向你移動的奇怪流體，如果你試圖推開它。他對包含這種流體的宇宙建立了簡單的模擬，發現它還可能解釋宇宙為什麼在膨脹，這是物理學中另一個長期存在的謎。他謹慎地指出，他的想法是推測性的，目前還不清楚他的這些想法是否與之前的望遠鏡的觀測和暗物質的實驗一致。

儘管人們熱衷於新方法，但WIMPs仍也可能是暗物質。Maruyama在韓國的實驗排除了“大多數人討論的規範的、普通的WIMP”，她説，但不為人知的與WIMP相近的物質仍在討論之中。

重要的是要記住，當物理學家緊緊抓住他們喜歡的理論時，不管這些理論多麼令人耳目一新，他們都需要能證實的數據。Farnes説“宇宙不在乎什麼是美麗，什麼是優雅”。宇宙也不關心什麼是時尚。對於我們來説，宇宙可能真的很不酷。

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