宇宙深處傳來異常信號，恰好被國外團隊接收，其或與暗物質有關

在浩瀚的宇宙面前，人類永遠是渺小的。人類的渺小不僅體現在無法突破太陽系去到其它星系，還主要體現在對宇宙的認知淺薄。儘管早在上個世紀就已經有科學家提出了「宇宙大爆炸」模型來解釋宇宙的形成，但支撐這一理論的許多假設性物質目前尚未被發現，暗物質就是其中主要的一種。

一直以來不少國家都在努力發展科技、研發設備、打造實驗室來搜尋暗物質，但至今仍未有國家在真正意義上發現了暗物質。據國外媒體報導，義大利格蘭薩索國家實驗室在搜尋暗物質方面有了重大發現，根據該實驗室研究人員的說法，他們已經在專門用以探測暗物質的探測器XENON1T中發現了異常信號，而該信號是暗物質粒子的可能性比較大。

什麼是暗物質？

就像宇宙中最神秘的天體——黑洞一樣，暗物質也是人類無法用肉眼觀測的神秘物質。天文學家在過去的研究中發現，如果單單依靠那些已知物質是無法讓星系和星系團形成穩定結構的，因此天文學家卡普坦在1922年提出了星體周圍可能存在著不可見的物質。

之後，天文學家在研究星系和星系團的過程中意識到暗物質顯然有其存在的必要性，因此「暗物質」這個概念逐漸被科學界接受，緊接著開始有科學家從事搜尋暗物質的研究工作。從科學家們目前的研究成果來看，宇宙中暗物質的佔比可能達到85%，而它的質量佔比僅有四分之一，但它們是星系形成和運動不可或缺的因素。

同時世界各地的物理學家通過對暗物質的理論研究，對其基本特性進行了總結。首先，暗物質是有質量的，因此它能夠參與引力的相互作用。其次，從星繫結構的穩定性來看，暗物質也應該是穩定的。再次，暗物質無法發生電磁作用，也無法和光子發生相互作用，這也是它不可見的主要原因。

暗物質有哪些候選者？

由於暗物質的存在到目前為止還只是理論上的存在，因此科學界對於暗物質的真實存在提出了幾種「候選者」。

目前討論度最廣、被認為最有可能是真正暗物質粒子的是WIMP，即弱相互作用有質量粒子。理論上，這類粒子基本是電中性和色中性的，能夠參與弱相互作用。科學家們之所以對其寄予厚望，是因為它能夠用於解釋被觀測到的暗物質密度問題。

第二個候選者是軸子，也是本次義大利科研團隊研究的重點。這種粒子的特點是質量非常輕，其質量與可見物質的原子相比是兩個數量級的。第三個候選者是惰性中微子，這類粒子不參加除了引力之外的任何互相作用，也是一種難以被搜尋的粒子。

為了搜尋暗物質，各國物理學家採用了哪些方式？

目前出現的兩種暗物質搜尋方式分別是在太空利用暗物質衛星進行探索，在地下建造暗物質探測器進行探索。中國於2015年年末發射升空的「悟空號」就是一顆暗物質探測衛星，它的工作原理是搜尋能段為10GeV的異常信號，因為暗物質候選者WIMP相互之間的碰撞便會產生異常的伽馬射線信號。

而此次義大利研究團隊的探測場所則是在地下深達1400米的實驗室，那裡放置著暗物質探測器XENON1T，它是目前世界上靈敏度最高的暗物質探測器。據了解，這臺暗物質探測器之所以取這個名字，是因為研究人員在探測過程中需要用到液態氙，而氙的英文便是Xenon。

XENON系列實驗也曾出現波折

從2006年開始，XENON實驗就陸續開始了暗物質粒子的探索。起初該研究團隊將希望寄托在第一種暗物質候選者WIMP上，除了因為它是目前大多數暗物質研究的主要方向之外，還因為理論上氙原子與WIMP碰撞之後會釋放電子，從而發出閃光，便於實驗人員的觀測。

然而事與願違，XENON團隊在之後十多年的探索中並沒有發現WIMP的存在。儘管這依然無法否定WIMP存在的可能性，但它存在的可能性也在不斷減小。在經歷了一次次的折戟沉沙之後，該研究團隊提出嘗試另外一種選擇，那就是搜尋另一候選者——軸子。

柳暗花明又一村

和WIMP相比，軸子的討論熱度和研究熱度並沒有那麼高，但這個從上個世紀七十年代就被提出來的概念一直都是暗物質粒子的有利競爭者。由於軸子的質量要比WIMP輕得多，因此XENON實驗室之前用於搜尋WIMP的設備和方法都不再適用了。

研究人員發現雖然軸子撞不動氙原子，但是它能夠通過撞擊氙原子中的電子，然後將動能部分轉移到電子上，使電子產生可被探測的信號。實驗思路確定下來之後，該研究團隊在兩年內進行了不少於300次實驗，最終有285次實驗是監測到了電子的閃光。那麼這些閃光就足以說明軸子的存在了嗎？

並非如此，儘管為了規避宇宙射線和地面射線的幹擾，該團隊已經將實驗場所搬到了地下1400米的地方，但實驗人員依然能夠在實驗環境中監測到少量的放射性鉛和其它同位素，這些元素同樣能夠在裝置的助力下與氙原子產生碰撞，從而釋放出閃光信號。幸運的是，實驗人員基本將所有汙染信號都排除掉了，剩下53個信號的來源依然是個謎。

這53個未知信號是發現軸子的信號，還是其它信號？

對於剩下的53個未知信號，XENON團隊認為存在三種可能性。

第一，未知信號是太陽中微子發出的，儘管這不是研究人員預期中的信號，但也算是一項重大的發現，因為太陽中微子是目前標準模型之外的存在。

第二，未知信號是放射性氚汙染探測裝置形成的，如果這種可能性變成了事實，那麼意味著此次搜尋是失敗的，該研究團隊的一切努力再次白費。雖然在正式開始搜尋工作前，研究人員會儘量清除氚的影響，但微量的氚是難以被清除乾淨的。

第三，未知信號都是由軸子撞擊氙電子後產生的，這也是研究人員最想看到的結果。那麼這種可能性大嗎？該團隊的物理學家表示，從統計學的角度來看，如果該信號是噪音的概率小於350萬分之一，這樣此次發現才能算得上是嚴格意義上的新發現。經過研究人員的計算，剩餘信號源於噪音的概率達到5000分之一，這是一個趨向於證明該發現是新發現的概率，但需要更多的證據來證明消除那微小的不確定性。

最後

根據XENON團隊的說法，目前他們仍然無法確定哪一種可能性屬於事實，這需要後期進一步的實驗才能更接近真相。據了解目前該實驗室的設備正在更新升級，該團隊也制定了一項新的搜尋計劃。外界不少聲音都看好XENON實驗室，或許人類首次探測到暗物質就在那裡發生。

相信讀者朋友從以上的敘述中可以了解到對暗物質搜尋的工作是多麼艱難，這並非常人所能做的工作。對於暗物質的搜尋，就是在尋找一種理論上存在，但是實際中從未出現過的物質。

這項工作除了需要研究人員頂尖的科研能力之外，還需要堅定的信心，因為這可能是一項註定不會有實質性進展的研究，也可能是一項帶領全人類叩開宇宙奧秘大門的研究。