科学家在寻找暗物质方面取得潜在突破科学家们在寻找暗物质方面可能取得了突破性进展——他们在南达科他州地下约 1 英里（1.6 公里）的实验中观测到了暗物质的迹象——尽管他们并未断言已经最终探测到了这种难以捉摸的宇宙成分。研究人员描述了在桑福德地下研究设施（建于该州黑山地区一座废弃金矿内）记录到的一种粒子相互作用，这种相互作用可能涉及一种假想粒子，称为WIMP，即“弱相互作用大质量粒子”。WIMP是暗物质粒子的候选粒子之一。

普通物质构成了恒星、行星、人类以及我们所能看到的一切。但它仅占宇宙全部物质的约15%。其余部分被认为是暗物质，它既不发射也不反射光，因此肉眼和望远镜都无法观测到它。但科学家们确信暗物质存在，因为它在星系尺度上具有引力效应。英国布里斯托尔大学的粒子物理学家萨姆·埃里克森是描述这项工作的研究的主要作者，他表示，这“可能是暗物质观测的第一个迹象”。

人们认为暗物质与普通物质的相互作用极其罕见。正在进行的LUX-ZEPLIN（简称LZ）实验旨在捕捉此类相互作用，并针对寻找弱相互作用重粒子（WIMP）进行了优化，此次观测正是在该实验中进行的。

它在探测器装置（一个大型圆柱形容器）内使用了 10 吨液态化学元素氙，该装置由美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室管理。研究人员正在寻找暗物质与氙原子的散射现象。当粒子发生散射时，他们会观察到闪光，这些闪光的特性可以揭示与氙原子相互作用的粒子类型。在周二于日本举行的一次科学会议上，他们宣布并向《物理评论快报》杂志提交了一项研究，其中描述了探测到氙原子与另一个粒子之间的相互作用，这种相互作用似乎以弱相互作用重粒子（WIMP）假设的方式展开。他们表示，他们可能观察到的是弱相互作用重粒子（WIMP）与氙原子核碰撞，碰撞过程中传递了少量能量，产生了微弱的紫外光，该光在实验中被探测到。这次碰撞导致氙原子核向前猛冲，这种现象被称为核反冲。

虽然研究人员表示，这种相互作用的表现符合他们对弱相互作用重粒子（WIMP）的预期，但他们也谨慎地指出，这一观测结果尚未达到发现暗物质所需的统计阈值。“重要的是，由于这只是一个单一事件，我们并没有声称它是暗物质，”埃里克森说。研究人员正在努力排除其他可能性。

科学家们对暗物质的本质尚不确定，就像他们对被称为暗能量的神秘宇宙力量的本质尚不确定一样。卡马哈说：“每秒钟可能有数百万个暗物质粒子穿过我们的身体，但几乎没有一个暗物质粒子会与我们身体中的原子发生相互作用。”一种主流假说认为，暗物质是由早期宇宙中产生的一种粒子构成，这种粒子至今仍然存在。“当我们观测星系和星系团时，我们发现它们的表现就好像它们包含的质量远大于我们能观测到的物质。因此，尽管我们无法直接看到暗物质，但我们可以观测到它的引力作用，”卡马哈说道。“你可以把暗物质想象成宇宙的粘合剂，它帮助形成了像我们银河系这样的星系。如果没有暗物质，宇宙的演化过程将会截然不同，最终形成我们太阳系的结构可能也不会以同样的方式形成，”卡马哈说道。科学家们正通过多种方式寻找暗物质。“我们研究暗物质对星系和宇宙的引力效应。我们尝试在粒子加速器中产生暗物质粒子。我们还利用深埋地下的实验装置（例如LZ装置）进行直接探测，以屏蔽宇宙射线和其他背景辐射，同时寻找暗物质粒子与普通物质相互作用的极其罕见的情况，”卡马哈说。

【解释一下：普通物质，都带电子，大家都是原子构成的嘛，原子不是都有电子吗？那么，电子和光子碰见，会产生相互作用，就是跟光有关嘛，我们都能看到。但是暗物质，不带电子，所以它跟光子没有相互作用……我们肉眼就看不到了。但是暗物质能参与引力的相互作用，科学家正是因为研究宇宙中的引力问题，才觉得宇宙肯定拥有大量暗物质，要不然宇宙这个运动就缺一大块，光靠看得见的物质的力量是解释不了宇宙的运动的。目前的假设是：暗物质中比较重的粒子，如果偶尔撞击普通原子核（例如液态氙原子核），会让原子核发生微小的反冲并释放出微弱的闪光或电荷。但是难题是：你怎么知道是暗物质撞击了原子核，而不是其他粒子撞击了原子核呢？所以这个实验装置造在深深的地下，用岩层来屏蔽掉宇宙中的粒子。而暗物质是可以穿透一切的，它希望的就是“唯独无法屏蔽暗物质，那么早晚能捕捉到暗物质冲撞原子核”。