在歐洲原子能機構（CERN）的大型強子對撞機實驗室從事基礎科學研究的物理學家發現了希格斯波色子之後，CERN的總幹事長羅爾夫·霍培爾被問及到下一個要發現的粒子時，霍培爾不加思索地回答，下一個優先尋找的是暗物質粒子。之所以將暗物質作為其中之一的“優選粒子”，這是因為暗物質在宇宙的存在比普通物質更加普遍，它們的數量相當於普通物質的5倍，暗物質似乎以一種團塊形式“漂浮”在宇宙之中，它們構成了宇宙“大而全”的“腳手架”，依託暗物質的框架，普通的可見物質匯聚成看上去美輪美奐的星系。科學家確定了暗物質的存在，卻不能確定它們的性質，他們相信暗物質像物質一樣由基本的粒子組成。暗物質概念週期性地出現在媒體的報道中，就像外星人概念經常出現在各種媒體上一樣，或者暗物質概念和外星人概念在多種媒體出現的頻率符合哲學傳播論的“等效原理”。雖然時常有世界各地的實驗室聲稱發現了某種潛在的暗物質信號，但是，科學界和媒體人士都在等待暗物質發現的時刻，由於暗物質的捕獲而獲得物理諾獎應該沒有什麼懸念。
雖然科學家沒有發現暗物質粒子，但是，他們早已發現了暗物質現象。在上個世紀的三十年代，奧地利天體物理學家弗裡茨·茨維基觀測了后髮座星系群中星系的旋轉，后髮座星系團由1000多個星系組成，距離我們的地球為3億光年，茨維基以星系發出的光線為參考估算了星系的質量，他非常驚奇地發現，如果對星系質量的估算正確，那麼星系的質量不能維持自身的運動，缺少足夠的物質引力將導致星系的分崩離析，茨維基估計，至少需要相當於星系質量400倍的額外物質才能將星系“綁定”在一起，這種“神秘兮兮”、或看不見、摸不著的物質是一種“暗”物質，它們構成了星系物質的主要部分，或者主要部分的“暗”物質和次要部分的普通物質構成了星系的總量物質。在次維基提出“暗”物質概念之後的一段很長時間，這種“不切實際”的概念在很大程度上被忽略了，直到上個世紀的七十年代，美國女天文學家維拉·魯賓觀測到和茨維基的發現同樣的現象，她仔細地研究了我們鄰居的仙女座星系中恆星的旋轉速率，通常說來，在星系邊緣的恆星由於受到的引力小，它們圍繞星系中心的旋轉速度應該更慢一些，而在星系中心附近由於受到最大引力的拖拽，它們圍繞星系中心的旋轉速度應該更快一些，然而，讓魯賓感到困後不解的是，在星系邊緣的恆星和在星系中間恆星擁有一樣的繞轉速度。
天文學家魯賓假定仙女座星系如果被暗物質包裹，那麼不同距離上恆星繞轉速度的異常現象能夠得到合理的解釋，在銀河系和仙女座星系的周圍可能包圍了“一大圈”暗物質“暈”。其它的一些天文觀測成果證實了星系和光線在空間穿越時的怪異表現，也許通過我們未知的引力屬性可以解釋天文學家感到的迷惑，但是，魯賓像茨維基一樣傾向於認可“暗物質”概念，科學家看不到它們的存在，卻發現了它們產生的引力效應。或者由於統計學的原因，或者由於不能排除替換性的可能解釋，也許無需假設“暗物質”的概念，但是，任何可替換性的解釋都需要觀測結果的證實。1998年，埋藏在意大利格蘭·薩索山洞的暗物質探測器在實驗數據中發現一種有意思的信號，DAMA實驗項目的科學家探測到一種疑似暗物質行為的粒子，這種粒子的奇特之處在於數量密度的週期性變化，它們的密度呈現年度的增減，在6月份達到密度的峰值，在12月份達到密度的低值，DAMA實驗項目的科學家聯想到天文學家正在“聚精會神”地尋找暗物質“暈”，銀河系被更大一層的“暈”包裹，或者銀河系的內外充斥了暗物質“氣體”，地球圍繞太陽旋轉時不斷穿越暗物質“暈”，同樣，太陽系圍繞銀心旋轉時不斷穿越“層層疊疊”的暗物質“氣體”，
DAMA實驗項目的科學家解釋暗物質存在的方式非常奇特，他們認為，如果在半年之中地球沿太陽的旋轉方向和太陽沿銀河系旋轉的方向相同，那麼“暗物質粒子”的密度應該增加；如果在半年之中地球沿太陽的旋轉方向和太陽沿銀河系旋轉的方向相反，那麼“暗物質粒子”的密度應該下降，或者地球和太陽的結合速率在兩者的旋轉方向一致時顯得更快，地球和太陽的結合速率在兩者的旋轉方向不一致時顯得更慢，DAMA實驗項目的數據似乎揭示了地球和太陽在公轉運動中穿越了“暗物質暈”的包層，然而，存在實驗的漏洞，除了暗物質暈的設想，也存在其它解釋的可能，科學家不能完全確認地球和太陽在旋轉中穿越了暗物質的太空媒介。在意大利進行的DAMA實驗現在被稱為DAMA/LIBRA，實驗室的科學家仍然在繼續尋找某種粒子密度的年度調節現象。暗物質已經成為熱門的科學搜索對象，世界上有多個暗物質搜索項目，DAMA實驗項目在地面進行，而搭載在國際空間站的質譜儀和中國的“悟空”號暗物質衛星屬於空間暗物質搜索項目。
科普編譯：鄧如山
時間：2018-9-1
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