本月早些时候，意大利研究人员提出了一项声明，如果从字面上理解，将使他们在科学史上占有一席之地。位于罗马大学的 DAMA（暗物质）合作组在威尼斯的一次科学会议上宣布，他们直接探测到了暗物质——这种被认为赋予星系额外重量的隐形且几乎无法探测到的物质。
尽管该领域的其他研究人员对该报告的信心不大，因为它与他们自己的实验结果相冲突，但这确实突显了在寻找可能并不存在的难以捉摸的猎物方面的进展和挑战。暗物质猎人的努力很像暗物质本身：容易被忽视，但会产生缓慢而稳定的影响。
物理学家知道，如果星系仅由普通的“重子”物质（即恒星和行星可见的物质）组成，那么某种物质赋予了星系比它们应该有的更大的自旋。为了解释这种差异，大多数人将目光投向了非重子物质的假设性风暴，它们既不吸收也不发射光，在每个星系周围旋转。天文测量表明，这种暗物质占宇宙的 23%，而可见物质仅占微不足道的 4%。
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暗物质的主要候选者之一被称为弱相互作用大质量粒子 (WIMP)，因为它比金原子重，并且很少与普通物质碰撞。克利夫兰凯斯西储大学的物理学家、暗物质猎人汤姆·舒特说，如果WIMP存在，那么每秒钟都会有几个WIMP穿过任何一个一升大小的可乐瓶。
粒子物理学的标准模型中没有类似的东西，因此发现 WIMP 将会引导研究人员走向更深层次的理论。寻找 WIMP 是“在黑暗中的一搏，但这是一次有充分理由的尝试，”舒特说。
为了确保抓住 WIMP——实际上是在暗物质风暴中建造一座冰屋——研究人员必须建造一个从地球延伸到最近恒星的固体铅块，舒特说。他说，一个更实用的解决方案是堆积特殊的晶体或建造一个巨大的高密度液体罐，等待 WIMP 撞击。
例如，在低温暗物质搜索 (CDMS) 中，锗和硅晶体就像果冻一样；当受到正确类型的粒子撞击时，它们会以可检测的方式抖动，CDMS 团队成员、斯坦福大学的物理学家乔迪·库利说。其他探测器使用液化气体（如氙气），因为它们具有高密度和大原子核。现在已经完成的 Xenon10 实验位于意大利格兰萨索国家实验室的地下，它监测一个装满 49 磅（22 公斤）液态氙气的罐子，以寻找 WIMP 撞击产生的闪光和电荷。一项名为 LUX（大型地下氙探测器）的升级正在进行中。
通常，研究人员会将他们的 WIMP 实验埋在地下深处，将它们冷却到超低温，并进行重重屏蔽，以阻挡可能掩盖任何暗物质信号的杂散粒子。CDMSII 实验位于明尼苏达州苏丹的一个矿井底部，而 DAMA/LIBRA 实验则位于格兰萨索实验室。一种新的方法在接近室温的条件下工作。芝加哥大学的物理学家胡安·科勒报告（以及他的合作者已经恢复）了上世纪中期粒子物理实验中的一种工具——气泡室，一个装有加压液体的罐子，当受到经过的高能粒子撞击时，会在一个点沸腾。
他们的实验COUPP（芝加哥地下粒子物理观测站）位于伊利诺伊州巴达维亚的费米国家加速器实验室，由一个装有一升灭火液体三氟碘甲烷 (CF3I) 的玻璃容器组成。科勒说，通过调节液体的温度和压力，该小组可以调整气泡室，使其忽略除WIMP 候选粒子以外的大多数粒子。
寻找暗物质是一场等待游戏。自 2006 年开始运行以来，CDMSII 记录到零个 WIMP 候选粒子。在 2006 年和 2007 年收集的 59 天的数据中，Xenon10 仅记录到 10 次命中，其中没有 WIMP 候选粒子。但是，没有 WIMP 也传达了信息。随着每一年过去，研究人员可以排除大片潜在的 WIMP，每个 WIMP 都具有质量和对正常物质敏感性的特定组合。
DAMA 研究人员声称有足够的 WIMP 候选粒子，可以精确定位它们频率的季节性波动——反映了地球在 WIMP 风暴中的来回穿梭。但研究人员表示，如此大量的 WIMP 现在应该已经被其他探测器检测到。协调这种差异具有挑战性，因为 DAMA 方法与其他实验不同。“如果你想证明那种[季节性]效应，很难证明你没有系统性效应，”舒特说，例如季节性温度变化会扭曲用于观察探测器中命中的光捕获光电倍增管的灵敏度。
科勒说，他一直受到其他粒子物理学家的嘲笑，认为暗物质实验不符合诸如探测反物质或寻找希格斯玻色子等实验的严格标准。从积极的方面来看，他指出，DAMA 至少迫使研究人员承认暗物质可能比他们假设的更复杂。
未来十年可能会为探测 WIMP 提供最好的希望。今年晚些时候，世界下一个顶尖粒子加速器大型强子对撞机将在瑞士日内瓦附近启动，并通过可能从头开始创建 WIMP 粒子来加入搜索行列。
只有当多个实验相互印证时，研究人员才会确信他们已经找到了猎物。“我们正在努力做的事情非常微妙，”科勒说，“我们不相信一个单一的实验会突然出现并解决暗物质问题。”