用DNA探測暗物質

一個是藏在生物體的細胞核內，一個是充滿宇宙空間的看不見的「幽靈」物質，二者風馬牛不相及，誰承想，最近一群富有想像力的科學家卻非要把它們拉扯在一起。

DNA是生物體上承載遺傳密碼的物質，而暗物質則是組成宇宙物質總質量近85%以上、至今身份未明的一種物質。它們一個藏在細胞核內，一個處在遼闊的宇宙空間，看似八竿子打不著，誰承想，最近一群富有想像力的科學家硬生生把它們扯在了一起。具體地說，他們準備建造一個以DNA為材料的探測器，來尋找組成暗物質的粒子。

如何尋找暗物質粒子

暗物質之為「暗」，是因為這種物質不與普通物質發生電磁作用，我們根本不能通過尋常的望遠鏡探測到它們。但因它們跟普通物質畢竟還存在引力作用，所以這才泄露了它們的行蹤。

可是對於物理學家來說，光知道它們存在還是遠遠不夠的。他們還渴望知道組成暗物質的粒子究竟是什麼。誰先搞清楚這個問題，那麼酬謝他的肯定會是一個諾貝爾獎。所以，現在實驗家們在爭先恐後地設計各種類型的探測器，來尋找暗物質粒子。

按照天文學家的看法，暗物質雖然看不見，但卻充滿我們整個宇宙，我們就處於暗物質的海洋中。當太陽繞著銀河系中心轉動的時候，事實上它就在一片暗物質粒子的大海中航行。

因為暗物質在宇宙空間中構成了基本上靜止不動(相對銀河系中心而言)的背景，所以倘若站在太陽上看，暗物質粒子好像一陣方向始終不變的斜風雨在吹拂著整個太陽系。不過因為地球又在繞著太陽公轉，所以對於站在地球上的觀察者，在一年的一半時間內，地球在逆著暗物質粒子的「斜風雨」前進，而另一半時間則在順著「斜風雨」前進。倘若物理學家捕捉到一種未知的粒子，它的方向在一年內會發生周期性變化，那麼基本上可以肯定他們捕捉到的就是一種暗物質粒子。

設想中的DNA探測器

為了準確地測量粒子的射向，美國一個由天文學家和生物學家組成的研究小組最近提出用DNA建造一種新型的粒子探測器。

他們的設想是這樣：加工一塊極薄的正方形黃金薄片，在上面畫上一個個均勻的微小格子。在每個格子的交叉點上，懸掛一條長度相等的DNA。這些DNA上都有特殊的標記，標明它是哪個交叉點上垂掛下來的。

假如一種未知的粒子射向黃金薄片，它就會把金原子撞出薄片。被撞出來的金原子於是飛入懸掛DNA細絲的「密林」中。當它撞到一根DNA細絲時，DNA就會在被撞處折斷，掉到底下一個承接的盤中。金原子要是在飛行的過程中撞了n根DNA，那麼就會有n段DNA掉到盤中，而且因為撞擊點不同，掉下的每一段DNA都不一樣長，越到後頭越短。

倘若這些掉到盤中的DNA片段可以通過顯微鏡直接讀出它們的長度，那就好辦了，我們就可以結合它們各自的位置，重建金原子飛行的軌跡。由此又可以反推未知粒子射向黃金薄片的方向。但這些DNA片段都太小，用顯微鏡根本看不見。怎麼辦呢?

這就需要利用DNA的一種特性，或者一種叫「DNA擴增」的技術。利用這項技術，我們可以把一個DNA片段，複製上億個一模一樣的副本，這相當於把一個微小的信號放大了，便於讓我們精確地測量出它的長度——這項技術對於生物學家來說，是家常便飯了。這也是為什麼有人只要收集你嘴巴中一點唾液，就可以進行DNA鑒定的原因。

探測粒子的新思路

由於組成DNA的最小單元是脫氧核苷酸，一個脫氧核苷酸長度只有幾個納米，而DNA鏈只會在兩個脫氧核苷酸相連處斷裂，所以，這種DNA探測器的精度可達到幾個納米，遠遠高於目前其他類型的探測器。

除了精度高之外，這種探測器還小巧、輕便，在常溫下就可以工作。而目前世界上已經運行的暗物質粒子探測器，都非常龐大，造價高昂，需要運行在極低溫的環境下。

當然了，DNA探測器目前還有一些未克服的障礙。譬如說，如何保證這麼多DNA細絲垂掛下來時不打結，不糾纏到一起去?

一種設想是在每根DNA細絲的底端固定一個微型磁針，然後底下放一塊強磁鐵，用磁場來保持DNA細絲垂直懸掛。

總而言之，DNA探測器的重要意義不在於最後是否真能通過這種辦法捕捉到暗物質粒子，而在於它結合生物學上的最新技術，為如何探測粒子提供了一條新的思路。

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