也许，暗物质的秘密就深埋在地壳之中

也许，暗物质之谜的答案可能就深埋在我们的脚下。

暗物质实际上是我们宇宙的一个假设的成分，用以解释恒星和星系的许多奇怪行为。尽管，现在人类已经有了许多压倒性的证据，可以表明暗物质确实存在，但我们仍然无法观测到它，不知道它是由什么构成的。世界各地的各种探测器已经为此运行了几十年，试图捕捉路过的暗物质粒子的微弱踪迹，可惜，依然毫无效果。

但是，一项新的研究为我们提供了另一种方法：深入挖掘。

之前，人类通过各种天文观测知晓了暗物质的存在。但恒星围绕星系中心旋转的速度太快了，星系在星团内部的旋转速度也太快了。而且，宇宙中大型结构的形成也太过久远。据我们所知，宇宙远比我们所看到的要多得多 —— 有某种形式的物质对我们来说是完全看不见的。无论暗物质是什么，它都是一种不与光相互作用的新粒子，这意味着它不发射、吸收、反射或折射电磁辐射。这意味着我们看不到它，它隐藏在黑暗之中。

到目前为止，我们知道暗物质存在的唯一途径是通过引力。尽管暗物质具有“隐身”的超能力，但它仍然有质量，这也就意味着它可以牵引和塑造宇宙中最大的物体，而我们则可以通过更明亮的恒星和星系的运动来揭示它的存在。

而在另一方面，粒子物理学家一直在炮制新的粒子，作为新物理理论的结果，其中一些符合暗物质可能是什么的条件。其中，最有希望的候选者是一种被称为“WIMP”的粒子：一种弱相互作用的大质量粒子。

“弱相互作用”的描述，并不仅仅意味着粒子是弱的，它意还味着暗物质偶尔会通过弱核力与正常物质相互作用。但是，顾名思义，弱核力并不是最强的，而且它的射程很短，使得这些相互作用非常罕见。

深埋的线索

然而，“罕见”并不代表着“从来没有”。科学家们认为，当前，正有数十亿甚至数万亿的暗物质粒子穿过你的身体。但是，由于暗物质几乎察觉不到正常物质，反之亦然，你也根本感觉不到暗物质。因此，在你能看到它的引力效应之前，必须进行超大尺度和规模的测量。

尽管如此，还是会有极少数（确切地是鲜为人知的）暗物质粒子失控，并在弱核力的影响下与正常物质粒子相互作用。 这就会涉及到能量的传递（就像暗物质粒子踢了正常粒子一脚），使正常物质飞散，至少在原理上我们是可以检测到这一点的。

admx暗物质探测器

但由于它如此罕见、如此微弱，我们的探测尝试并没有证明是有成效的。我们还需要超大体积的大型探测器（由于这种相互作用非常非常罕见，要么建造一个巨大的探测器，要么再等待数百年碰碰运气）。更重要的是，我们还必须将这些探测器深埋入地下，最深的地方要达到地表以下1.2英里（2公里）处。这是因为可以避免很多亚原子带来的麻烦，要知道，其他高能粒子（如中微子和宇宙射线）也会引起类似的撞击，在它们击中探测器之前，我们需要利用大量的岩石来吸收它们，以确保我们接收到的信号更有可能是暗物质引起的，而不是其他粒子造成的干扰。

到目前为止，经过数十年的研究，建造了更大的探测器并进行了仔细的观察，人类还是没有发现它。

化石证据

不管是基于工程难度还是建造成本的限制，人类制造暗物质探测器的规模终究是有限的。不过值得庆幸的是，根据在线预印版网站“arXiv”最近发表的一篇新研究论文，有一个巨大的暗物质探测器，它已经默默的收集了数百万年的数据。

而它，就在我们的脚下：地壳。

地壳本身就是一个巨大的暗物质探测器。当游离的暗物质粒子与岩石内部的正常物质相互作用时，一个质子或中子就会被撞散，从而改变撞击点附近岩石的化学成分。甚至，还有可能会让粒子飞起来，留下一个微小的疤痕。

更妙的是，深度挖掘可以接触到比我们目前的暗物质探测器深两倍以上的地壳部分，有望获得更不容易受宇宙射线和其他有害粒子干扰的结果。因为埋藏在那个深度的岩石，作为最原始的存在，已经经历了数百万年，甚至数亿年，它们一直在默默的记录着暗物质之间的相互作用，这已经远远超过了我们在实验中所能期望的时间。

那么，实施起来就相对简单得多了。挖出一堆岩石（最好是纯净的，这样很容易分析），然后用高精度的显微镜仔细梳理、检查，去寻找任何亚原子“暴力”的迹象。当然，我们还要考虑一些问题，地球岩石会自然包含一些放射性元素，放射性衰变也会产生类似的特征。为了解决这个问题，研究人员建议深入研究海洋地壳，因为海洋地壳比大陆地壳要纯净得多。

鉴于此，科学家们满怀信心的预测，我们将获得一个超级暗物质探测器，哪怕是只有一公斤重的深层地壳岩石，相信也能超过目前世界上最好探测器的灵敏度。所以，科学家们可以大干一场了。

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關鍵字: 2019未来科学大奖 暗物质 压倒性