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科学家们正在与宇宙中最丰富的成分之一：暗物质进行一场顽强的捉迷藏游戏。到目前为止，暗物质仍然躲藏着，科学家们仍在寻找。没有人知道这种看不见的物质形式是由什么构成的，但主要的候选者是一种叫做WIMP（弱相互作用大质量粒子）的粒子。WIMP 很有吸引力，因为尽管它们本身既不辐射也不反射光，但它们可能会产生其他辐射或反射光的粒子。
WIMP 可能与反 WIMP 相同，这意味着它们是它们自己的反物质对应物。如果是这种情况，当两个 WIMP 碰撞时，它们会像物质和反物质接触时一样互相摧毁。这种湮灭可能会以高能光子（称为伽马射线）的形式产生可探测的证据。通过识别这些伽马射线，科学家们可能能够间接探测到暗物质，并 выяснить 它是由什么构成的。
NASA 的费米伽马射线太空望远镜正在采取这种策略，这是一颗于 2008 年发射的地球轨道卫星。大众科学与费米合作成员斯特凡·芬克进行了交谈，斯特凡·芬克是加利福尼亚州 SLAC 国家加速器实验室的天体物理学家，谈论了寻找暗物质的试验以及在不久的将来找到它的前景。
[以下是对话的编辑稿。]
我们是否已经看到任何 WIMP 湮灭的迹象？
的确，有一些迹象表明我们正在看到来自暗物质湮灭的伽马射线，尽管应该说所有这些迹象都必须持保留态度。我们从特定地点看到伽马射线并不一定意味着它们是由暗物质产生的。其他过程也可能产生伽马射线。当我们观察这些信号时，我们必须非常小心，以便排除所有其他解释。
但即便如此，我仍然会说，在过去两三年内，基本上出现了两个非常令人兴奋的信号，都来自费米大面积望远镜。两者都来自我们银河系中心周围的区域。其中一个是我们称之为线的信号——一种伽马射线信号，它们都具有某种特征能量，130 GeV [吉电子伏特]。这是我们在银河系中心看到的，但置信度有点低。不幸的是，随着更多的数据，这似乎是统计波动和我们探测器中某些系统效应的结合。如果该信号增加，这将非常清楚地表明这是一个真实信号，并且非常清楚地表明是暗物质湮灭。
人们非常兴奋的第二件事也来自银河系中心区域。在低能量下，没有单能线，而是更宽的光谱特征。该信号中存在一系列能量，但这个信号很难用我们从银河系中心区域已知的任何传统天体物理源来解释。这个信号不是统计上的偶然事件——这是一个非常显著的信号。
这不是线信号，而是一系列能量，这是一个问题吗？
根据这些粒子湮灭的方式，它们要么产生单能信号，要么产生一系列能量。当然，看到一个单能线的信号会更好，因为这样更容易排除天体物理来源，但自然可能不会那么仁慈。这些粒子也有一种湮灭方式，会产生一系列能量。
现在人们对第二个信号当然很兴奋，但当然也很谨慎，因为它可能与暗物质湮灭有不同的起源。
除了银河系中心，您还在哪里寻找暗物质湮灭的迹象？
我们观察某些我们知道具有高暗物质密度的物体，例如我们银河系的卫星星系。到目前为止，我们还没有看到信号。在低能量下有一个小信号，其能量范围与来自银河系中心的范围相似，但我会说这肯定仍在我们的系统不确定性范围内。如果没有任何信号，那么与我们的预期相比，存在一个小偏差，但我不会对此大惊小怪。
要确定费米观测到的现象是否是暗物质，需要什么？
肯定需要更多的数据。我们还在显着改进我们探测器内伽马射线的重建。这将阐明矮星系 [卫星星系] 中的信号，并将帮助我们更好地理解银河系中心信号的特性。
在银河系中心，存在气体很多的复杂情况——气体也会产生伽马射线。所以总是有前景发射的问题。要改进这一点，仅仅意味着我们需要普遍提高我们对银河系中心区域的理解，这是一件很难做到的事情。更多的数据会有所帮助，但也只能在一定程度上有所帮助。
那么其他间接暗物质搜索呢，例如国际空间站上的阿尔法磁谱仪 (AMS) 实验？
当暗物质粒子湮灭时，有多种湮灭方式，其中一种是产生带电粒子，例如正电子 [电子的反物质对应物]。因此，寻找伽马射线并不是寻找暗物质湮灭的唯一方法。伽马射线一旦产生，就会沿直线传播，因此通过确定它们来自的方向，我们可以知道产生伽马射线的相互作用发生在哪里。这非常有帮助。
对于带电粒子，AMS 正在寻找的就是这种粒子，情况要困难得多，因为你不知道这些粒子来自哪里，因为它们在到达我们的途中会被磁场偏转。尽管如此，像 AMS 和 PAMELA [用于反物质物质探索和轻核天体物理学的有效载荷] 这样的仪器已经表明，到达地球的正电子丰度异常。但这有点类似于银河系中心第二个伽马射线信号的情况——非常非常难以排除正电子的天体物理起源。
我们如何判断这是否是暗物质的真实迹象？
AMS 想要做的是精确测量正电子分数在最高能量下是如何截断的。这可能会提供一些线索，并可能使我们能够区分天体物理模型和暗物质模型。但这非常困难。
还有其他人试图使用称为反氘核的粒子，这种粒子也会在暗物质湮灭中产生，但通常不会在天体物理源中产生。这是通过气球实验完成的，但人们至今尚未能够检测到任何反氘核。
您认为我们即将确定地探测到暗物质吗？
如果暗物质真的是 WIMP，那么我认为我们很快就会通过直接探测实验或间接探测看到它的机会非常大——或者如果我们开始在大型强子对撞机的新运行中看到超对称性。如果暗物质不是 WIMP，那么这种情况可能会持续很长时间。那么探测到它的前景就更难评估了。
现在绝对是从事物理学研究的激动人心的时刻。令人兴奋的是，我们对宇宙了解得如此之多。我们知道暗能量存在，我们知道暗物质存在。我们知道，在暗物质的情况下，它占所有物质的 80% 左右——但我们仍然不知道它是什么。我喜欢的还有，不同的群体正在走到一起，试图用不同的方式来解决这个问题。我希望在我有生之年，所有这些努力都会结出硕果。