物理学家在寻找暗物质的过程中越来越感到沮丧，暗物质是一种质量巨大但难以探测的物质，被认为构成了宇宙物质的 85%。 使用世界上最灵敏的暗物质探测器的团队报告说，他们未能找到这些粒子，而且持续的干旱挑战了理论家的主流观点。
10 月 30 日发布的意大利格兰萨索国家实验室一项名为 XENON1T 的实验的最新结果，延续了 30 年来在追捕暗物质粒子的道路上的干旱时期。 中国团队在同一天发布的探测这种难以捉摸的物质的尝试也一无所获。 太空望远镜以及位于瑞士日内瓦附近的欧洲粒子物理实验室 CERN 的持续尝试也未能发现任何暗物质粒子的迹象。
这些发现让研究人员难以找到答案。“我们对宇宙的运作方式的理解比我们大多数人承认的更深层次、更深刻，”俄亥俄州克利夫兰凯斯西储大学的天体物理学家斯泰西·麦高说。
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自 20 世纪 80 年代以来，物理学家普遍接受了暗物质的存在，以解释为什么星系保持完整而不是分崩离析，这是根据它们包含的可观测质量以及它们旋转的速度而预期的。 研究人员推测，不可见的暗物质晕环绕着星系并稳定了它们。 当暗物质模型成功预测了在宇宙微波背景中发现的宇宙大爆炸的可观察回声中的波动时，物理学家变得更加自信。
这些观察结果成为了 20 世纪 80 年代一项提案的最有力证据，该提案认为暗物质可能由弱相互作用的大质量粒子（称为 WIMP）形成。 这种粒子的存在符合物理学家对宇宙如何演化的看法，以及物质的相对丰度。 此外，WIMP 的特性将与称为超对称的粒子物理学分支预测的特性相匹配。
最新一轮结果似乎排除了最简单、最优雅的超对称理论，使人们对仍然未被发现的粒子是缺失的暗物质的想法产生怀疑。 科学家们说，如果简单的超对称理论不再可行，那么任何 WIMP 粒子都必须比物理学家曾经认为的更微弱地与物质相互作用。“这不是对 WIMP 范式的全面退却，但绝对是重点的转变，”伊利诺伊州巴达维亚费米国家加速器实验室的物理学家丹·胡珀说。
态度正在转变，物理学家越来越接受其他可能的暗物质解释，新泽西州普林斯顿大学的理论天体物理学家大卫·斯珀格尔说，他是 WIMP 模型的早期支持者。“这些实验并没有完全关闭这扇窗。 然而，我们也需要考虑其他类型的暗物质和新的实验，”他说。
专用探测器
建立能够检测 WIMP 与物质相互作用的微小速率的实验花费了数十年的时间。 仅在过去十年中，在大约十几个实验室进行的实验才达到了检测它们所需的灵敏度水平。 世界上最灵敏的探测器是格兰萨索的 XENON1T，它寻找当暗物质与其 3.5 吨超纯液氙罐中的原子相互作用时产生的光闪烁。 但该团队报告说，他们的第一次运行没有发现暗物质。 中国熊猫X实验的第二次迭代在四川省锦屏收集的两年数据中也没有任何信号。 太空中的搜寻也未能找到 WIMP，而且人们希望 NASA 的费米望远镜从银河系中心探测到的曾经很有希望的 γ 射线信号是由于暗物质造成的，这种希望正在消退——更传统的来源似乎可以解释这种观察结果。 只有一个关于暗物质探测的主要报告，由格兰萨索的 DAMA 合作组织提供，但没有一个小组成功复制了这一极具争议的结果； 重新尝试匹配它正在进行中。
基于与 XENON1T 相同原理的下一代探测器已经在开发中，如果物理学家最终要关闭 WIMP 的窗口，就必须使用它们。 但这些粒子的持续不出现让理论家更加开放，并让其他理论获得突出地位，胡珀说。 也许暗物质由奇异的轴子粒子组成，类似于奇怪的大质量光子。 理论家还在研究暗物质是否根本不与已知粒子相互作用，而是存在于“隐藏扇区”中，他说。
WIMP 假设即将被拒绝对于少数声称暗物质本身是转移注意力的物理学家来说是令人鼓舞的。“我希望人们会变得更加开放，”麦高说，他研究了修改后的引力版本，这些版本否定了对暗物质的需求。 然而，胡珀强调说，对 WIMP 支持的减弱并没有削弱对暗物质的支持，他认为最终会找到暗物质。“我不担心永远不可能，但这可能会非常非常困难，”他说。
本文经许可转载，并于2017 年 11 月 8 日首次发表。