為了尋找不可見的暗物質，物理學家將目光轉向黑暗地帶

科學家一直在尋找不可見的暗物質，但是長久以來只是在理論上推測存在這種物質，實際沒有任何進展，於是物理學家正在將目光轉向以前沒有接觸的黑暗地帶。在搜索一個有利於暗物質發現的粒子 - 弱相互作用的大量粒子（WIMP）的基礎上，物理學家現在轉向假設的「黑暗地帶」：許多隱藏的粒子存在的世界。加利福尼亞大學爾灣分校理學家Jonathan Feng說：「這個概念已經發展了7年多，現在到了非常關鍵的時候。」

本周，物理學家將在美國馬里蘭大學公園舉行研討會，由美國能源部（DOE）主辦，研究可能在未來幾年內進行的暗物質實驗。 這些實驗將對該機構的研究進行擴展，包括WIMP搜索，LZ，南達科他州的地下探測器。許多研究人員認為，美國能源部應加大支持暗物質的研究。美國能源部華盛頓區高能物理副主任吉姆·西格里斯（Jim Siegrist）表示，他們的目標是填補美國能源部對暗物質搜索的的短板。

20世紀80年代研究的的WIMP粒子一度似乎是暗物質的完美候選者，它以其重力塑造了可見的宇宙。WIMP的質量是質子的幾百倍，並且僅通過重力和弱核力相互作用存在。科學研究表明，正好足夠的物質從大爆炸中消失，正是我們今天研究的暗物質。因此，WIMP自然地出現在許多版本的預測中，這個概念解決了已知粒子的標準模型中的關鍵技術問題。然而，後來物理學家未發現在地下探測器中碰撞到原子核的WIMP。而世界上最強大的瑞士大型強子對撞機（LHC），也沒有看到超對稱WIMP粒子的跡象。

之前的這些努力沒有任何進展促使物理學家轉向以前未知的黑暗地帶。他們推測，暗物質可能不包括標準模型上的單個大粒子，而是一些較輕的粒子和與已知粒子的微弱連接的力（見圖）。例如，在熟悉的宇宙中，無質量的光子傳達電磁力; 在黑暗的領域，一個巨大的黑暗光子將傳達一個黑暗的電磁力。理論家普遍認為普通的光子和黑暗的光子會巧妙地交織在一起或者是混合在一起。那麼極有可能，通常產生高能量光子的粒子相互作用將會產生黑暗光子。

加利福尼亞州勞倫斯伯克利國家實驗室的理論家凱瑟琳·祖雷克（Kathryn Zurek）說，物理學家可能會尋找微弱電子的反衝，也許現有WIMP探測器類似的設備中可以產生。或者他們可以在「超流體」氦中形成一個輕核的冷水浴，並尋找由碰撞觸發的微小量子振動。另一個選擇是尋找在超導金屬中自由流動的電子對。凱瑟琳·祖雷克說，黑暗光子顆粒比WIMP更多，對於它們來說，黑暗光子檢測器可以比WIMP檢測器小得多，也更便宜。

加利福尼亞州國家加速器實驗室的理論家JoAnne Hewett表示，她希望能源部能抓住這個機會，不僅要開展單一的暗物質實驗，而且還要開展更全面的10至15年的暗物質行動計劃。她說，這樣的實驗「涵蓋非常重要的科學範疇，將對人類的基礎科學產生非常重要的影響。