2019年，暗物质搜索不停步

来源:LSST官方网站

宇宙中隐藏着神秘的东西。它是看不见的，摸不着的。我们只能通过它对宇宙中所有事物的引力来知道它的存在。这就是所谓的“暗物质”。暗物质对于解释星系中恒星的运动和人类观察到的其他宇宙现象至关重要，并且可能是许多宇宙事件的“幕后黑手”。

自20世纪80年代以来，物理学家已经建造了一系列复杂的探测器来搜寻暗物质，但是到目前为止，即使在最复杂的实验中，暗物质也没有揭示出一点真相。

2019年，科学家将进入暗物质玩的“捉迷藏”游戏的新阶段。从藏在地下的巨大探测器到高高在上、俯视一整天的大型望远镜，今年将要进行的四项暗物质实验可能会给我们带来惊喜。

LIGO升级帮助发现暗物质

2015年，LIGO首次直接观测到引力波，震惊并沸腾了世界。在对设备进行一系列升级后，它将于今年早些时候开始第三轮观察。届时，它将收集比以往更多的数据。一些科学家说，引力波数据的使用有望揭示暗物质的“线索”。

2018年，一些研究人员提出，如果宇宙中某处潜伏着一个质量非常小的“暗光子”，它的信号可能会出现在LIGO数据中，导致引力波特征非常特殊的不规则性。

暗光子是人类假设的普通光粒子的双胞胎。如果它们存在，它们将成为解释暗物质的一种方式。

研究人员希望地面和未来的天基引力波探测器能有重大发现，并解决暗物质研究的尘埃问题。

随着LIGO的回归，科学家们很可能会在引力波数据中发现暗物质的证据。

找出惰性中微子的“真实身份”

惰性中微子也被认为是暗物质的候选者。在新的一年里，物理学家们试图澄清两者之间的关系。

早在20世纪90年代，科学家们就在美国洛斯阿拉莫斯国家实验室进行的液体闪烁中微子探测器(LSND)实验中发现了一种被称为“惰性中微子”的神秘新粒子。然而，在接下来的20年左右的时间里，这个结果无法重复，其他实验也没有发现任何粒子的迹象。

2018年，事情突然发生了变化:美国费米国家加速器实验室的“增压中微子实验”(MiniBooNE)再次检测到信号，表明除了电子中微子、μ中微子和τ中微子之外，第四种中微子——惰性中微子——可能真的存在。

中微子几乎可以不受阻碍地穿过其他物质，就像其他物质不存在一样，所以它们被称为“幽灵粒子”。然而，三个普通中微子的质量太小，不足以构成暗物质。惰性中微子是一种质量较大、与普通物质相互作用较弱的中微子。

一些科学家认为，如果惰性中微子的质量足够大，那么可能是已经寻找了很长时间的暗物质。他们希望在2019年之前找到惰性中微子的“真实身份”。

大型综合巡天望远镜的“睁眼”

“大型综合天空观测望远镜”(LSST)是科学家在智利建造的望远镜。每隔15秒，它就能拍摄大面积天空的详细图像。整个天空扫描可以每3天完成一次。

众所周知，暗物质塑造了星系和它们的恒星运动和相互作用的方式。LSST的目标是提供前所未有的宇宙运行细节，这将为天体物理学家提供大量关于暗物质的性质及其在宇宙中的作用的数据。

2019年，研究人员将首次打开望远镜2800公斤重的“眼睛”，让它深入观察整个天空。LSST预计将于2022年全面投入运营，并将对智利北部的帕卡翁山进行为期10年的全天候游览。10年后，它将对获得的图像进行比较，以追踪天空的变化规律，并为理解暗物质如何“搅动”宇宙提供最深入的数据资源。

抓住氙和暗物质碰撞产生的微光

长期以来，粒子物理学家推测暗物质的第一个直接迹象可能是闪光:当暗物质在非常黑暗的房间里与惰性物质碰撞时，这些物质会发出微弱的光点。几十年来，科学家们根据这一原理制造了探测器，但迄今为止，没有一个产生明确的结果。

因此，许多研究团队决定寻找另一种方法——一些升级现有设备，另一些建造新的探测器来发现暗物质。

2019年，中国科学家将在“粒子和天体物理氙探测器”(PandaX)平台上努力工作，该平台日夜盯着氙寻找闪光——如果氙原子与暗物质粒子碰撞，探测器将捕捉到由此产生的微光。科学家们正在加速升级探测器，并希望在2019年至2020年间完成大部分工作。升级后的探测器将被称为“PandaX-xt”，可以容纳4吨氙气。

美国暗物质研究人员也不甘示弱。“大型地下氙实验”(LUX)，位于美国南达科他州一个废弃金矿地下约一英里处，也将升级为“LUX-Zeplin”，容量为10吨液态氙。像“PandaX-xt”一样，该项目可能要到2020年才能完成。

意大利还计划将其检测器“氙”升级为8吨液态氙“氙-nt”，升级可能在2019年完成。

上述四种搜索方法能让科学家在2019年获得暗物质的确切证据吗？我们不确定。也许暗物质确实存在，但它的存在方式与我们预期的大不相同。

无论如何，人类对宇宙的探索永远不会结束，许多未解之谜正等待着被解开。比起发现暗物质，更多的探索还在前面，但是暗物质就像一把钥匙，可以打开通向更深层次物理理论的大门。

(北京，1月10日，《科技日报》)