2018年對暗物質(zhì)來說是重要的一年，和往常一樣，天文學(xué)家實(shí)際上并沒有發(fā)現(xiàn)任何這種物質(zhì)。

我們所有的望遠(yuǎn)鏡都看不到這種物質(zhì)，但它的質(zhì)量似乎至少占宇宙的80%。有關(guān)于暗物質(zhì)颶風(fēng)的報道，但我們實(shí)際上看不到它。人們發(fā)現(xiàn)了一個星系，它似乎不存在任何暗物質(zhì)，但奇怪的是，它卻證明了暗物質(zhì)的存在。但后來發(fā)現(xiàn)，銀河系可能終究還是有暗物質(zhì)的——這讓一些物理學(xué)家對暗物質(zhì)的存在產(chǎn)生了懷疑。

博科園-科學(xué)科普：在地球上進(jìn)行的多次直接探測暗物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)都一無所獲，那么當(dāng)我們進(jìn)入2019年的時候，科學(xué)家們又該如何尋找暗物質(zhì)呢？從各方面考慮，都很樂觀。對暗物質(zhì)的搜尋在各個方面都向前推進(jìn)。從巨大的地下探測器到巨大的天空勘測，以下是2019年尋找暗物質(zhì)的五個主要步驟。

LIGO又上線了

激光干涉儀引力波觀測臺(LIGO)是美國的探測器，于2015年直接觀測了第一批引力波，將于2019年初開始第三次觀測，在對設(shè)備進(jìn)行一系列升級后，將收集比以往任何時候都多的數(shù)據(jù)。那么引力波探測器在一篇關(guān)于暗物質(zhì)的文章中做了什么呢？事實(shí)證明，利用引力波數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)跡象有許多誘人的可能性——盡管這些可能性都還沒有實(shí)現(xiàn)。2018年研究人員提出，如果一個質(zhì)量非常小的“暗光子”潛伏在宇宙的某個地方，它的信號可能會出現(xiàn)在LIGO數(shù)據(jù)中，從而導(dǎo)致引力波信號非常特殊的不規(guī)則性。研究人員表示：展示了陸基和未來的天基引力波探測器都有能力做出(決定性的暗物質(zhì)發(fā)現(xiàn))。

隨著LIGO的上線，在引力波數(shù)據(jù)中找到暗物質(zhì)的證據(jù)是非常有可能的。物理學(xué)家將試圖弄清楚MiniBooNE是否放棄了中微子的存在整個2018年，科學(xué)家們都在興奮地談?wù)撡M(fèi)米實(shí)驗(yàn)室國家加速器實(shí)驗(yàn)室(Fermilab National Accelerator Laboratory，簡稱MiniBooNE)一項(xiàng)名為“迷你boone”(MiniBooNE)實(shí)驗(yàn)得出的有趣結(jié)果，該實(shí)驗(yàn)表明不應(yīng)該存在粒子。到目前為止，最好的解釋是，還有第四種尚未被發(fā)現(xiàn)的中微子，被稱為惰性中微子，它與宇宙其他部分的相互作用甚至比它的其他同類中微子還要少。

一些研究人員認(rèn)為，多想中微子可能是暗物質(zhì)的候選粒子，隨著2018年的臨近，物理學(xué)家們正在加強(qiáng)對這種異?，F(xiàn)象的看法。尋找科學(xué)家以新的方式思考這些數(shù)據(jù)和2019年多想中微子。大型天氣觀測望遠(yuǎn)鏡(LSST)的第一束光：智利正在建造一架望遠(yuǎn)鏡，每隔15秒就能拍攝出大片天空的詳細(xì)圖像，每三天就能完成一次完整的天空掃描。在10年的時間里，它會一次又一次地比較這些圖像，以追蹤天空如何移動和變化，為理解暗物質(zhì)如何推拉宇宙提供最深入的資源?？茖W(xué)家們廣泛地知道，暗物質(zhì)塑造了星系及其恒星運(yùn)動和相互作用的方式。LSST的目標(biāo)是填補(bǔ)這一空白，提供前所未有的宇宙運(yùn)行細(xì)節(jié)。

這將為天體物理學(xué)家提供有關(guān)暗物質(zhì)性質(zhì)及其在宇宙中作用的大量數(shù)據(jù)。2019年研究人員將首次打開6200磅重的艙門，(2800公斤)眼睛的望遠(yuǎn)鏡和接受的光，科學(xué)行動將于2022年開始。建造下一代探測器的競賽將會升溫：粒子物理學(xué)家長期以來一直推測，暗物質(zhì)的第一個直接跡象可能是閃爍。它可能是這樣運(yùn)作的：當(dāng)暗物質(zhì)在非常黑暗的房間里與惰性物質(zhì)碰撞時，這些物質(zhì)會發(fā)出微弱的光點(diǎn)。幾十年來，科學(xué)家根據(jù)這一原理建造了探測器，但到目前為止，還沒有一個得出結(jié)論性的結(jié)論。2019年中國的科學(xué)家們將在PandaX平臺上努力工作，這個平臺將日夜盯著氙氣看，尋找閃爍的光芒。

這些科學(xué)家正在迅速升級探測器，以適應(yīng)4噸(3.6噸)氙氣目標(biāo)，他們預(yù)計在2019年和2020年期間完成大部分工作，新的檢測器將被稱為PandaX-xt。為了不被超越，南達(dá)科他州的研究人員將完成盧克斯-澤普林核電站最重要的建設(shè)階段，該核電站將在南達(dá)科他州鉛鎮(zhèn)地下近一英里處觀測到10噸(9噸)氙氣。像PandaX-xt一樣，該項(xiàng)目可能要到2020年才能完成。意大利還將繼續(xù)升級它的探測器，適當(dāng)?shù)孛麨殡?，以達(dá)到8噸(7.2噸)的規(guī)模，這項(xiàng)名為XENON-nt的升級計劃將于2019年完成。

下一階段

總有可能某個地方的某些實(shí)驗(yàn)將會得到無可爭議的具體證據(jù)，證明某種特定的暗物質(zhì)粒子確實(shí)存在。但在短期內(nèi)，在幾乎所有領(lǐng)域，物理學(xué)家們都專注于利用過去的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，為未來更大、更好的暗物質(zhì)搜尋提供信息。2019年是否會出現(xiàn)無可爭議的暗物質(zhì)發(fā)現(xiàn)？這可能有點(diǎn)樂觀，但在新的一年里，追求這一目標(biāo)的物理學(xué)家們正在武裝自己，準(zhǔn)備以比以往任何時候都更精準(zhǔn)、更有力的方式進(jìn)行搜尋。

博科園-科學(xué)科普｜文：Rafi Letzter/Live Science

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