WIMPs已“碰壁”？暗物质或是“奇异的液体”

经过多年、多国捕捉暗物质粒子的努力仍一无所获后，物理学家们坦诚表示：他们不知道暗物质到底是由什么东西组成的。

耶鲁大学物理学家Reina Maruyama对《连线》(Wired)杂志说：“我们都如‘丈二和尚摸不着头脑’。”

宇宙中“暗物质”一定存在 占比逾80%

华盛顿大学物理学家Gray Rybka说：“我们感觉80%(的暗物质)是一种物质，20%是另一种物质。”

透过望远镜，研究者们得到了大量“暗物质”存在的证据。所有可观测到的星系的转速都如此之快，如果里面只有可见的这些物质量，按照引力公式，这些星系会分崩离析的。因此流行的理论认为，一定有某种大量不为我们所见、所知的物质——他们称其为暗物质——维护着星系在高速旋转状态下的完整。

从观测情况来看，暗物质可能是一种像“棉花球”一样较为松散的东西——暗物质研究组COSINE-100的合作研究员Maruyama说。

按照前面提到的星系旋转速度和可见的物质量，科学家们估计宇宙中暗物质的比例高达85%，人类生活的小小的这颗地球也在其中。

​唯一“确凿”信号也遭质疑

然而尽管各国科学家在世界各地搭建了很多个暗物质探测器，目前只有意大利名为DAMA的探测器宣称获得了地球上存在暗物质的证据，“其它实验得到了一点点迹象，DAMA是唯一一个得到强烈信号的实验。”与DAMA实验组没有关联的同行Maruyama说。

在过去二十多年间，DAMA不断得到一种信号，今年6月达到巅峰，12月衰弱。科学家们认为这个信号显示著，根据地球在轨道上不同的地点，暗物质以不同的速率袭击地球，这与科学家的理论估计相符。

除此之外，寻找暗物质的工作没得到其它信号了。今年，数台探测器一无所获。连DAMA的结果也遭到某些质疑：Maruyama所在的研究团队，造了一台DAMA的复制体置于韩国，也一无所获。

WIMPs过时了?

这些探测器寻找的都是一种称为“大质量弱相互作用粒子”(WIMPs)，是科学家们认为的暗物质中的一种。这种粒子约是电子质量的100万倍。

一些物理学家开始对这种粒子的探寻感到失望了。

现在是加州大学伯克利分校(University of California, Berkeley)天文物理学家的Miguel Zumalacarregui说，十年前他还在读博士的时候，物理界就说“即将”会找到WIMPs，但直到现在也没有突破。

探测“轴子”的尝试

Rybka也是持这种观点的学者之一。他参与一个寻找另一种暗物质粒子的实验项目——轴子暗物质实验(Axion Dark Matter Experiment)。据信这种粒子质量只有电子的10亿分之一。今年4月，该项目组宣布他们完成了关键的技术调整，他们的仪器足够敏感可以探测到轴子。

Rybka介绍说，他们的轴子探测器就像一台收音机一样，里面有强性磁铁能把进入的轴子转化为无线电波。“由于我们不知道轴子的确切质量，我们不知道要调到什么频率。所以我们不断微调收听的频率，多数时候听到的只是杂音，但是希望有一天，我们会调到正确的频率，听到纯净的音调。”

Rybka把研究方向放在轴子上还有另一个原因，因为对轴子的研究还能解决另外一个物理界的难题：夸克究竟是如何结合在一起形成原子核。

​试试排除法

在Rybka的团队在地球上致力寻找轴子的时候，其它天文学家向天上寻找答案。在10月发表的一份研究里，Zumalacarregui否定了一个理论的可能性：暗物质主要由黑洞构成。

他们分析了过去二十多年来对超新星的观测数据后得出这一结论。

当超新星经过黑洞的背面时，黑洞的引力将弯曲超新星的光线使其看起来更亮。这种光越亮，说明黑洞越大。于是他们把成百上千个超新星的亮度数据汇集成图表，算出，所有至少为太阳百分之一大小的黑洞只能累计最多达40%的暗物质，不可能再多了。

牛津大学天文学家Jamie Farnes说：“我们到了一个最好的理论都不可行的状况了。很明显我们需要新的理论。我们对宇宙的认知缺乏关键的东西。”

暗物质或是“奇异的液体”?

Farnes在12月发表的论文中就提出了一种新的构想——暗物质可能是一种奇异的液体，如果你推向它，它反而会朝你过来。

他用这种理论建了一个模型，正好能解释宇宙为何在扩张这个物理界的又一个谜题。他很谨慎表示，这个理论还在构想阶段，尚未知是否与以前望远镜观测的数据、暗物质实验的结果一致。

Maruyama说，位于韩国的DAMA复制品的一无所获只能证明人类可能要放弃常规理论WIMPs粒子的设想，说不定得去寻找相近的某种粒子。

Farnes说，不管理论是否“时髦”，人类仍需不懈地努力协作不断调整对宇宙的认知。