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暗物质科学家们正在加倍努力捕捉被认为构成宇宙中大部分物质的难以捉摸的粒子。这些理论粒子通过引力来体现自身：它们似乎在牵引整个宇宙的正常物质，但在其他方面却无法被看到或触摸到。旨在观察暗物质粒子与正常原子相互作用的罕见情况的实验已经进行了几十年，但没有成功，并且已经排除了许多关于暗物质最基本的解释。然而，三个最大的实验并没有放弃搜寻，而是最近获得了批准进行重大升级，这可能使它们达到最终锁定这些难以捉摸的缺失粒子所需的灵敏度。
正在推进的三个实验——超级低温暗物质搜寻-SNOLAB（SuperCDMS）；LZ暗物质实验，或LUX-ZEPLIN，（LZ）；以及轴子暗物质实验（ADMX-Gen2）——是该领域规模最大、运行时间最长的项目之一。它们击败了提交给美国能源部和国家科学基金会的约20个其他竞标，这两个机构上周联合宣布了它们对下一代暗物质实验的选择。SuperCDMS和LZ都将寻找被称为弱相互作用大质量粒子（WIMP）的暗物质候选粒子，而ADMX-Gen2将寻找被称为轴子的替代候选粒子。
在人们担心当前联邦预算紧缩可能会缩小领域范围的情况下，选择两个WIMP项目令人感到宽慰。“我们中的许多人担心资金紧张会将下一代实验缩小为一个，而且出于多种原因，这没有太多意义，”斯坦福大学物理学家布拉斯·卡布雷拉说，他是SuperCDMS的发言人。他说，继续这两个项目是明智的一个原因是，它们使用了不同的材料——SuperCDMS将采用锗和硅探测器的组合，而LZ使用液氙。如果WIMP与任何这些目标中的原子碰撞，它将释放少量可被实验探测到的能量。一些暗物质理论认为，WIMP可能以不同的速率与不同的元素相互作用。“自然可能比我们最初想象的更复杂，我们应该更广泛地思考，”卡布雷拉说。
他补充说，继续搜寻不仅针对WIMP，也针对轴子也是有道理的，理论家认为轴子比WIMP轻得多，且相互作用频率更低。这两种粒子都可能解释宇宙中明显的暗物质丰度，但没有证据表明它们中的任何一种存在。（也可能两者都存在，或者其他一些来源的组合是暗物质的原因。）
关于轴子的最终结论似乎指日可待。“以非常高的置信度，这一代-2实验可以探测到轴子或驳斥该假设，”华盛顿大学西雅图分校的ADMX发言人莱斯利·罗森伯格说。该项目使用强大的磁铁来诱导轴子（如果它们存在）衰变成光子。这种衰变会产生机器可探测到的微量电磁功率，机器必须保持非常低温以阻挡污染辐射。升级版的实验将切换到新的冷却技术，这将使其温度从1.5开尔文（或-271.6摄氏度，已经非常寒冷）降低到仅100毫开尔文。在三年内，ADMX-Gen2应该要么发现轴子，要么证明它们不存在——至少是当前理论模型中提出的那些轴子。
在此轮中未被选中的其他暗物质探测实验包括激光和所谓的泡室，泡室搜索当暗物质粒子与超热碳、氟和碘室中的原子相互作用时产生的气泡。一个名为PICO的泡室项目计划无论如何都要继续推进，并在线下申请资金。“我们获得了优秀的评价，但我们还没有准备好；我们正在解决一个背景问题，”芝加哥大学卡弗里宇宙物理研究所的PICO团队成员胡安·科拉尔说。“我们对结果感到满意。这减轻了我们很大的压力。”
暗物质已经被证明比许多物理学家开始搜寻时预期的更难找到。尽管如此，许多人看到了漫长隧道的尽头的光亮。下一代实验可能最终拥有找到缺失粒子一劳永逸所需的东西。如果他们没有找到，我们将对暗物质不是什么了解更多。“在科学中，排除与发现同样重要，”卡布雷拉说，“但当然发现总是更有趣。”