氙氣1t探測器，其低溫恆溫器安裝在一個大的水盾的中心，以保護儀器免受宇宙射線的背景。這種設置使從事XENON1T實驗的科學家能夠大大降低他們的背景噪聲，並更有信心地從他們試圖研究的過程中發現信號。氙不僅在尋找重的、類似微小粒子的暗物質，還在尋找其他形式的潛在暗物質，包括像暗光子和軸向粒子這樣的光。有時候，你遇到的難題的答案就在你已經看過的地方。只是，除非你開發出比以前更精確的的搜工具，否則你將無法找到它。從發現新粒子到揭示諸如放射性、引力波、暗物質和暗能量等現象，這一現象在科學領域已經上演了許多次。
幾十年來，我們一直在尋找標準模型無法預測的新粒子，通過各種各樣的實驗，從加速器到地下實驗室，再到日常粒子罕見的奇異衰變。儘管進行了幾十年的研究，仍沒有發現任何超出標準模型的粒子。但最近，研究人員開始考慮輕暗物質，儘管他們已經在預期範圍內進行了研究。我們必須看起來更好，一個無法解釋的實驗結果就是原因。
當將任意兩個粒子碰撞在一起時，會探測粒子碰撞的內部結構。如果其中一個不是基本粒子，而是一個複合粒子，這些實驗可以揭示它的內部結構。然而，也有許多平凡的貢獻可以得到類似的結果。這個特殊的假設場景將在鍺、液態氙和液態氬探測器中創建一個可觀察到的信號。確定一個科學難題——一個無法用傳統方法解釋的現象或觀察——往往是導致科學革命的起點。例如，如果重元素是由較輕的元素合成而成，那麼你必須有一個可行的途徑來自然構建我們今天看到的重元素。如果你最好的理論不能解釋為什麼碳存在，但是我們觀察到碳的存在，這對科學研究來說是一個很好的謎題。
通常，謎題本身為解決問題提供了可能的線索。不存在靜止的、振蕩的同相電場和磁場的事實導致了狹義相對論。如果沒有在放射性衰變中神秘地觀測到丟失的能量，我們就不會預測到中微子。
將自旋為+3/2的上夸克、下夸克、奇夸克和底夸克以不同的方式組合在一起，得到如下「重子譜」，即20個複合粒子的集合。Ω-粒子，金字塔的最初級階段，第一個預測了穆雷蓋爾的夸克理論應用到之前所知的結構粒子和推斷的存在丟失的碎片。就碳的存在之謎而言，隨著時間的推移，情況只會變得更加有趣。早在20世紀50年代，科學家弗雷德·霍伊爾、傑弗裡·伯比奇和瑪格麗特·伯比奇就在試圖理解元素周期表中較重的元素是如何形成的，如果一開始的元素都是最輕的元素。
假設太陽是由輕元素核聚變釋放出的能量驅動的，霍伊爾可以解釋從原始氫原子核(質子)合成氘、氚、氦-3和氦-4的過程，但無法找到生成碳的方法。你不能在氦-4中加入質子或中子，因為氦-5和鋰-5都是不穩定的，它們會在10-22秒後衰變。你不能把兩個氦-4原子核加在一起，因為鈹-8太不穩定了，在~10-16秒後衰變。
發生在恆星中的三重阿爾法過程，是我們在宇宙中產生碳元素和更重元素的方式，但它需要第三個氦-4核與Be-8相互作用，而Be-8才會衰變。否則，Be-8會回到兩個氦-4核。但是霍伊爾有一個絕妙的解決辦法。如果一個密度足夠大的環境能夠在足夠快的時間尺度上產生鈹-8，那麼第三個原子核——另一個氦-4——就有可能在鈹衰變之前到達那裡。從數學上講，這將產生碳-12，允許碳在合適的條件下存在。
不幸的是，我們知道碳-12原子核的質量，它的質量和氦-4 +鈹-8的質量不匹配。除非我們對核物理的理解是錯誤的，否則這個反應不能解釋我們今天看到的碳。但霍伊爾的解決方案很高明，他假設存在另一種迄今未被發現的可能性，碳-12的共振態可能存在，而且質量確實合適。
加州理工學院凱洛格輻射實驗室的威利·福勒證實了霍伊爾態和三阿爾法過程的存在。然後，它會衰變成我們今天看到的碳-12。這個核過程，即三阿爾法過程，現在已知發生在紅巨星內部，具有共振狀態的碳-12現在被稱為霍伊爾狀態，正如核物理學家威利·福勒在20世紀50年代晚些時候證實的那樣。碳的存在，以及如何利用已知的物理原理和已有的成分創造碳的難題，導致了這一驚人的發現。
那麼，或許類似的推理方法可以解決物理學家目前面臨的最大難題？
這無疑值得一試。我們都知道這些大難題包括暗物質、暗能量、宇宙中物質/反物質不對稱的起源、中微子質量的起源以及普朗克尺度與已知粒子實際質量之間令人難以置信的差異。
標準模型中夸克和輕子的質量。最重的標準模型粒子是頂夸克，最輕的非中微子是電子，它的質量是511 kev/c^2。中微子本身至少比電子輕400萬倍，比所有其他粒子之間存在的差別還要大。一直到尺度的另一端，普朗克尺度徘徊在10^19 GeV。我們不知道有任何粒子比頂夸克重，也不知道為什麼這些粒子有它們所具有的質量值。另一方面，從測量和觀察中得到的線索表明，我們目前對宇宙的了解可能並不完全如此。其中大多數還沒有達到5-sigma閾值。
介子的測量磁矩與理論預測的3.6-sigma張力不相符。AMS實驗發現正電子過多，能量截止值為4.0 sigma置信度。測量哈勃膨脹率的不同方法之間的張力已經上升到4.4-sigma的差異。但幾年前，有一項實驗突破了這個門檻：一項旨在測量鈹-8這種短命狀態衰變的實驗。鈹-8是在宇宙中生成碳所必需的。它與我們令人印象深刻的6.8 sigma的傳統預測不一致，被稱為Atomki異常。
加速器模型位於匈牙利科學院核研究所的入口處，用於轟擊鋰並製造實驗中使用的Be-8，該模型首次顯示出粒子衰變方面的意外差異。當創造出一個像鈹-8這樣的粒子時，完全預料到它會衰變回兩個氦-4原子核，而它們的質心沒有優先方向。在實驗室環境中，將兩個氦-4原子核聚變是不現實的，但是將鋰-7與一個質子聚變在生成鈹-8方面將做得同樣好，但有一個例外：它將在激發態下生成鈹-8原子核。
正如霍伊爾態的碳是激發態，它需要發射一個高能(伽馬射線)光子之前下降到基態。被激發的鈹-8必須在衰變為兩個氦-4原子核之前發射出一個高能光子，這個光子的能量足夠大，有可能自發地產生一個電子/正電子對。電子和正電子之間的相對角度，假設做一個探測器來追蹤這些軌跡，就會告訴你發射光子的能量是多少。
雲室中不穩定粒子的衰變軌跡，使我們能夠重建原始反應物。在側面的「V」形軌道之間的開口角度將告訴你衰變進入它們的粒子的能量。你會完全預料到光子會有一個可預測的能量分布，因此在電子和正電子之間的開角會有一個平滑的分布。你會完全預料到一個特定角度的最大事件數，然後你離那個角度越遠，事件率就會越低。
除了從2015年開始,一位匈牙利阿提拉領導的研究小組發現了一個驚喜：作為電子和正電子之間的角變大，事件的數量減少，直到大約140角分離，他們觀察到一個令人驚訝的事件的數量增加。也許這是一個實驗錯誤；可能是分析錯誤；或者，也許結果是可靠的，這是一條線索，也許能幫助我們解開物理學中一個深奧的謎。
這裡原始數據中過量的信號顯示了現在被稱為原子異常的潛在新發現。雖然看起來差別不大，但這是一個令人難以置信的統計上顯著的結果，並導致了一系列新的粒子搜索，大約17 MeV/c^2。如果結果是可靠的，一種可能的解釋是存在一種新的粒子，其特定質量約為0.017 GeV/c^2。這個粒子將比電子和所有中微子都要重，但比迄今為止發現的所有其他質量大的基本粒子都要輕。人們提出了許多不同的理論場景來解釋這種測量，並設計了各種尋找實驗籤名的方法。
當你聽說尋找一個暗光子，一個光矢量玻色子，一個原始粒子，或者一個新的力攜帶粒子，第五力的實驗時，他們都在尋找可以解釋這種原子異常的變異。不僅如此，他們中的許多人還試圖用這種粒子解決一個大難題:暗物質難題。向月球射擊沒有害處，但是每一次測量都遇到同樣的失望:沒有結果。
氙合作的自旋相關和自旋無關的結果表明，沒有任何證據表明存在任何質量的新粒子，包括符合原子基異常的輕暗物質假說。如果沒有原子基異常令人費解的性質，就沒有動力對這些能量下的暗物質感興趣。電子-正電子對撞機的結果應該在很久以前就能看到這種能量，但沒有證據表明存在一種新粒子。只有通過人為設計的場景，即明確設計用來解釋原子基異常和規避現有約束的場景，我們才能構造出這些輕暗物質場景。
儘管如此，這就是線索所在，所以這是我們正在尋找的地方之一。這裡有一個很大的警告，在科學上，我們有一種傾向，在我們積極尋找的地方找到我們正在尋找的粒子，不管它們是否真的存在。關於這個異常現象是否像它被誇大的那樣好，目前還沒有定論，但在我們有一個可靠的解釋之前，我們必須保持開放的心態，並在數據告訴我們新物理學可能合理存在的任何地方尋找答案。儘管結果為空，搜索仍在繼續。