WIMPs已「碰壁」？暗物質或是「奇異的液體」

經過多年、多國捕捉暗物質粒子的努力仍一無所獲後，物理學家們坦誠表示：他們不知道暗物質到底是由甚麼東西組成的。

耶魯大學物理學家Reina Maruyama對《連線》（Wired）雜誌說：「我們都如『丈二和尚摸不著頭腦』。」

「暗物質」一定存在佔比80%

華盛頓大學物理學家Gray Rybka說：「我們感覺80%（的暗物質）是一種物質，20%是另一種物質。」

透過望遠鏡，研究者們得到了大量「暗物質」存在的證據。所有可觀測到的星系的轉速都如此之快，如果裏面只有可見的這些物質量，按照引力公式，這些星系會分崩離析的。因此流行的理論認為，一定有某種大量不為我們所見、所知的物質——他們稱其為暗物質——維護著星系在高速旋轉狀態下的完整。

從觀測情況來看，暗物質可能是一種像「棉花球」一樣較為鬆散的東西——暗物質研究組COSINE-100的合作研究員Maruyama說。

按照前面提到的星系旋轉速度和可見的物質量，科學家們估計宇宙中暗物質的比例高達85%，人類生活的小小的這顆地球也在其中。

唯一確鑿信號也遭質疑

然而儘管各國科學家在世界各地搭建了很多個暗物質探測器，目前只有意大利名為DAMA的探測器宣稱獲得了地球上存在暗物質的證據，「其它實驗得到了一點點跡象，DAMA是唯一一個得到強烈信號的實驗。」與DAMA實驗組沒有關聯的同行Maruyama說。

在過去二十多年間，DAMA不斷得到一種信號，今年6月達到巔峰，12月衰弱。科學家們認為這個信號顯示著，根據地球在軌道上不同的地點，暗物質以不同的速率襲擊地球，這與科學家的理論估計相符。

除此之外，尋找暗物質的工作沒得到其它信號了。今年，數台探測器一無所獲。連DAMA的結果也遭到某些質疑：Maruyama所在的研究團隊，造了一台DAMA的複製體置於南韓，也一無所獲。

WIMPs過時了？

這些探測器尋找的都是一種稱為「大質量弱相互作用粒子」（WIMPs），是科學家們認為的暗物質中的一種。這種粒子約是電子質量的100萬倍。

一些物理學家開始對這種粒子的探尋感到失望了。

現在是加州大學伯克利分校（University of California, Berkeley）天文物理學家的Miguel Zumalacarregui說，十年前他還在讀博士的時候，物理界就說「即將」會找到WIMPs，但直到現在也沒有突破。

探測「軸子」的嘗試

Rybka也是持這種觀點的學者之一。他參與一個尋找另一種暗物質粒子的實驗項目——軸子暗物質實驗（Axion Dark Matter Experiment）。據信這種粒子質量只有電子的10億分之一。今年4月，該項目組宣佈他們完成了關鍵的技術調整，他們的儀器足夠敏感可以探測到軸子。

Rybka介紹說，他們的軸子探測器就像一台收音機一樣，裏面有強性磁鐵能把進入的軸子轉化為無線電波。「由於我們不知道軸子的確切質量，我們不知道要調到甚麼頻率。所以我們不斷微調收聽的頻率，多數時候聽到的只是雜音，但是希望有一天，我們會調到正確的頻率，聽到純淨的音調。」

Rybka把研究方向放在軸子上還有另一個原因，因為對軸子的研究還能解決另外一個物理界的難題：夸克究竟是如何結合在一起形成原子核。

試試排除法

在Rybka的團隊在地球上致力尋找軸子的時候，其他天文學家向天上尋找答案。在10月發表的一份研究裏，Zumalacarregui否定了一個理論的可能性：暗物質主要由黑洞構成。

他們分析了過去二十多年來對超新星的觀測數據後得出這一結論。

當超新星經過黑洞的背面時，黑洞的引力將彎曲超新星的光線使其看起來更亮。這種光越亮，說明黑洞越大。於是他們把成百上千個超新星的亮度數據彙集成圖表，算出，所有至少為太陽百分之一大小的黑洞只能累計最多達40%的暗物質，不可能再多了。牛津大學天文學家Jamie Farnes說：「我們到了一個最好的理論都不可行的狀況了。很明顯我們需要新的理論。我們對宇宙的認知缺乏關鍵的東西。」