破解宇宙最大奧秘，世界各國在地下世界中展開發現暗物質的角逐

在義大利山脈的心臟地帶，科學家正在建造一台機器。同樣美國的一個科學家團隊深藏在南達科他州黑山的一座前金礦中，也在做同樣的工作。

他們正在尋找一個信號：一束光和自由電子，證明暗物質存在的證據。

暗物質在實驗室中從未被檢測到。但是科學家們認為宇宙中它比「普通」物質含量多得多。由原子組成的重子占宇宙物質的比例不到5％，暗物質佔25％，其餘的是黑暗能量，這是一種排斥引力的神秘力量，並可以解釋為什麼宇宙的膨脹正在加速。

后髮星系團中的一個星系

在20世紀30年代，天文學家弗里茨茲威基計算得出，后髮星系團——一個包含超過1000個星系的星系團——其質量是其光亮恆星的質量400倍多。對於缺失的質量，他創造了「暗物質」一詞。暗物質的存在會改變我們對我們宇宙基本構造塊的理解，並為宇宙如何誕生以及它將如何變化提供重要線索。

到2021年，兩台新機器將加入尋找暗物質的地下競賽，Renshaw是DarkSide項目合作的一部分。它正在世界上最大的地下實驗室里建造一個暗物質探測器DarkSide-20k，該實驗室位於羅馬以南約75英里的格蘭薩索山地下。

在地球另一邊，在距離拉什莫爾山約一小時的地方，LUX-ZEPLIN探測器正在南達科他州Sanford地下研究機構建造。研究人員通過搭乘礦井中的籠子進入實驗室。他們必須戴安全帽，並攜帶稱為自救器的呼吸器，以防萬一發生火災。

雖然科學家堅信暗物質存在，但是我們從未發現暗物質粒子，為什麼科學家們那麼確信呢？從應用牛頓定律到到阿爾伯特愛因斯坦的廣義相對論，再到70年代天體物理學家維拉魯賓的發現，最終得出結論：星系邊緣中存在另外的，看不見的東西：暗物質。

科學家具體是如何操作的？義大利的DarkSide-20k將使用液態氬，美國LZ將使用液態氙，但這個想法原理上基本上是一樣的：等待暗物質粒子撞擊充滿液體的罐中的原子核。氬氣和氙氣都是惰性氣體，經常用於科學實驗，因為它們非常穩定，從而降低了其它不需要的因素引發反應的可能性。

當暗物質粒子與原子碰撞時，兩個探測器將使用感測器來尋找產生的光和電子釋放。「把原子核核看成是一個撞球，突然它被某種東西撞了，」霍爾說。「我們看不到直接撞到它的東西，但我們可以看到撞球的後坐力。」

多年來科學家一直在尋找這些證據。DarkSide-20k和LZ是更大，更先進的探測器升級版，最初稱為DarkSide-50和LUX。（後者在2016年停止運營）。還有其他國家也在進行尋找，例如中國的悟空探測器和國際空間站的阿爾法磁譜儀都在尋找太空中暗物質的跡象。

它們都設計用於尋找WIMPS（弱相互作用的大質量粒子），理論粒子比普通物質的粒子大得多和重得多。其他探測器 ，例如華盛頓大學的Axion Dark Matter Experiment（ADMX）正在尋找低質量的軸子，這是暗物質的另一個強有力的候選者。

在桑福德的地下研究中心，有一個標誌歡迎來到位於水下1478米的實驗室。

目前，各國研究人員不斷建造更大，更靈敏的探測器，但這不是一件容易的事。不是暗物質的粒子可能與氬或氙原子碰撞並觸發「虛假事件」。這就是為什麼DarkSide-20k和LZ建在地下的原因 ，為了保護它們免受宇宙射線的侵襲。即使在堅實的岩石下面，它們也暴露在氡和自由中子的輻射中，這些中子幾乎遍布各處。

新技術應該可以幫助研究人員消除背景噪音。LZ將被封裝在第二個檢測器中，完全用於阻止和標記自由中子。DarkSide-20k將配備不會發射太多輻射的新型光電感測器。

這兩款機器的尺寸也會有所提升。為了檢測暗物質，越大越好，這是因為如果有更多的物質與暗物質碰撞，隨機碰撞更可能發生。

DarkSide-20k將比DarkSide-50大10倍，這將使其可以容納400倍的氬氣。LZ將比LUX多放25倍氙氣。可悲的是，所有這些液體都不便宜。據Wired網站稱，一瓶氙氣的價格平均在10萬美元左右。LZ探測器將需要200個。

現在是風暴前的平靜。很快建設將會加速，來自世界各地的研究人員將定期飛往義大利和南達科他州，也許不久的將來他們可以找到發現暗物質的證據，如果多個項目使用不同材料找到了證據，那會更好。當然也要做好一無所獲的準備。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！