自从天文学家意识到宇宙中大部分物质是不可见的以来，他们就一直在努力弄清楚这种模糊的物质可能是什么。但是，经过三十年越来越精密的搜索，却没有发现任何暗物质的迹象，这导致科学家们开始质疑他们关于这种难以捉摸的物质的一些基本观点。
10月份，寻找暗物质主要候选者——被称为WIMP（弱相互作用大质量粒子）的理论粒子的最敏感实验报告了无效的结果，再次让科学家们感到失望。现在，一些研究人员正在重新审视曾经被认为不太可能的暗物质候选者，并考虑不太令人满意的想法，例如暗物质最终可能由或多或少无法检测到的物质构成。
物理学家仍然没有证据证明暗物质的存在，但其存在的证据是充分的。恒星和星系的运动似乎只有在宇宙中存在比可见的原子和分子物质多得多的引力物质时才能解释。通过改写爱因斯坦广义相对论中的引力规则来纠正这种差异的尝试屡次失败。
关于支持科学新闻
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
WIMP长期以来一直是暗物质的首选解释，部分原因在于它们可以与物理学中其他流行的思想相吻合，例如超对称性——该理论认为宇宙中所有已知的粒子都具有尚未发现的伙伴粒子。人们认为，这些超对称粒子中最轻的粒子可能是一种WIMP，并且可能构成宇宙的暗物质。自1980年代以来，人们一直在尝试检测WIMP罕见地撞击常规物质粒子的情况，但均未成功。最近，南达科他州的大型地下氙（LUX）项目——迄今为止最敏感的搜索项目——报告说，三个月的数据表明没有任何暗物质的迹象 (pdf)。
如果WIMP确实存在，它们也快无处可藏了。“我们正在收紧绞索；我们正在逼近，”布朗大学的LUX联合发言人理查德·盖茨克尔说，他估计超过一半的可能WIMP模型已经被驳倒。未来五到十年应该大致结束WIMP搜索，要么最终发现这些粒子，要么基本上排除它们的存在。但是，如果暗物质不是由WIMP构成，那又是什么构成的呢？
被称为轴子的理论粒子是另一个经常被提及的候选者。它们的质量比WIMP小得多，并且与常规物质相互作用的可能性也更小，因此更难搜索——这一事实部分解释了为什么今天只有一个主要的实验在寻找轴子，而有十几个以上的项目在寻找WIMP。然而，轴子也具有坚实的理论基础，并且可以轻松地解释宇宙中大量的暗物质。“我不明白为什么轴子往往被排在第二位，”华盛顿大学的莱斯利·罗森伯格说，他是轴子暗物质实验（ADMX）的负责人。“我会颠倒顺序。但这只是我的观点。”然而，ADMX于1995年开始，迄今为止尚未发现任何轴子暗物质的迹象。该实验的更敏感的迭代版本最近上线，罗森伯格预测，在三年内，该项目要么找到轴子，要么证明它们不存在。
随着对WIMP和轴子的搜索都接近尾声，但仍未有成功的迹象，越来越多的理论家正在考虑其他选择。“当人们对WIMP感到不安时，其他候选者也应运而生，”罗森伯格说。有人建议，宇宙中大量的小黑洞可能构成暗物质。有针对性的天文搜索没有发现任何此类黑洞的迹象，这些黑洞应该以称为引力透镜效应的方式弯曲来自背景物体的光线。然而，通过一些理论上的曲解，这个想法可能会复活。
另一个引起越来越多关注的奇异可能性是夸克物质——一种由奇异夸克组成的极其密集的物质相（奇异夸克是构成质子和中子的上下夸克的奇异表亲）。夸克物质可能在非常大的中子星内部产生，并且在足够多的数量下，它可以构成夸克星群体，这些星体不会发光，但可以对正常物质施加引力。
这些只是关于暗物质潜在解释的广阔前景中的一些想法。“我怀疑我们是否已经考虑了所有有趣的可能，”哈佛大学的访问物理学家理论家马特·斯特拉斯勒说。“我们可能会很幸运”并很快找到答案，他说，“否则这可能会持续100年甚至更长时间。”
最可怕的可能性可能是暗物质是由某种不可能找到的东西构成的——某种仅通过引力而不是其他力与常规物质相互作用的粒子。在这种情况下，研究人员将没有希望在探测器中捕获它。“如果我们进入一种模式，即我们最喜欢的粒子根本无法检测到，那么我们就面临着经典的科学挑战，即如何验证这种理论？”盖茨克尔问道。“在那时，你几乎算是失败了——你有一个几乎不可能检验的理论。”
也许值得庆幸的是，从理论的角度来看，这样的粒子似乎有些不太可能。“对于一个真正只通过引力相互作用的粒子，你必须问它是如何首先在宇宙中产生的，”斯坦福大学的理论物理学家彼得·格雷厄姆说。“轴子和WIMP都具有非常好的自然产生机制，以及它们为什么会如此丰富地存在的原因。这正是这些其他模型不受欢迎的原因。”尽管如此，它们仍然摆在桌面上。
即使物理学家无法直接检测到暗粒子，他们也抱有希望，他们可能会在欧洲的大型强子对撞机等粒子加速器中找到暗物质的间接证据。大型强子对撞机可以在强大的碰撞中将质子碰撞在一起时产生WIMP或其他暗物质候选者。另一个希望是，天体物理信号，例如来自星系中心的伽马射线，可能会揭示暗物质粒子的存在，如果暗物质在两个粒子接触时发生湮灭。已经有人声称发现了此类信号，但这些信号远非确定。
最终，大多数参与搜索的物理学家表示，他们并不关心他们对暗物质的特定概念是否正确，只要他们最终得到答案即可。“与所有研究一样，永远无法保证成功。我们所能做的就是继续尝试回答最重要的科学问题，”斯坦福大学的布拉斯·卡布雷拉说，他是低温暗物质搜索（CDMS）的负责人，这是另一个WIMP检测实验。最近，越来越多的物理学家面临着可能失败的幽灵。“如果我们没有发现暗物质，我会感到非常失望，”罗森伯格说。“这触手可及，我真的很想知道它是什么。”