引言：作為被認(rèn)為除了引力作用之外不與任何物質(zhì)發(fā)生相互作用的暗物質(zhì)，如今的科學(xué)界到底嘗試了哪些方法去捕捉他們？進(jìn)展又如何呢？
知識(shí)點(diǎn)I：直接探測(cè)法
暗物質(zhì)只有質(zhì)量和引力，沒(méi)有電磁作用，沒(méi)有強(qiáng)作用力，穿透力極強(qiáng)，僅有極小極小的概率與常規(guī)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。暗物質(zhì)粒子（主要是大質(zhì)量弱相互作用粒子WIMP）雖然質(zhì)量很大，但是它們只和探測(cè)器中的原子核碰撞，產(chǎn)生非常微弱的閃光現(xiàn)象?，F(xiàn)在常用的探測(cè)器是碘化納、鍺、液氙等有較大原子核的物質(zhì)。對(duì)于一個(gè)100kg的探測(cè)器，每天有大概2千億個(gè)暗物質(zhì)粒子穿過(guò)，可是和探測(cè)器內(nèi)的原子核發(fā)生碰撞的不會(huì)超過(guò)10個(gè)。如果這個(gè)探測(cè)器位于地面，每天會(huì)遭遇許許多多宇宙射線粒子的轟擊，發(fā)生多達(dá)一百萬(wàn)次反應(yīng)。所以為了屏蔽宇宙射線，降低干擾，必須要將探測(cè)器深埋在地下盡可能深的地方，同時(shí)還需要進(jìn)行特殊處理屏蔽外界的光子、中子等。
位于我國(guó)四川西昌地區(qū)錦屏山深處粒子和天體物理氙探測(cè)器（縮寫(xiě)PANDAX，又稱(chēng)“熊貓計(jì)劃”）含有500kg液氙，位于2500米厚的大理巖層以下，是當(dāng)前世界上最深的地下實(shí)驗(yàn)室，也當(dāng)今世界上條件最好的地下暗物質(zhì)粒子探測(cè)實(shí)驗(yàn)室。
知識(shí)點(diǎn)II：間接觀測(cè)法
間接觀測(cè)法，又叫空間探測(cè)方法。暗物質(zhì)粒子之間會(huì)發(fā)生湮滅而產(chǎn)生高能輻射，如伽馬射線、高能正電子、反質(zhì)子以及高能中微子等看得見(jiàn)的普通粒子，根據(jù)探測(cè)到的“多余”的以上粒子來(lái)反推看不見(jiàn)的暗物質(zhì)粒子。我們的暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星“悟空”進(jìn)行的就是這種探測(cè)。間接探測(cè)法的難度同樣非常大，原因是暗物質(zhì)的湮滅率正比于暗物質(zhì)密度的平方，而暗物質(zhì)湮滅主要發(fā)生在星系、星系團(tuán)中心或者星體內(nèi)部等暗物質(zhì)密度非常高的地方。其次暗物質(zhì)的間接探測(cè)涉及到許多復(fù)雜的環(huán)節(jié)，比如需要知道暗物質(zhì)的分布情況、暗物質(zhì)間湮滅截面的大小以及來(lái)自非暗物質(zhì)湮滅過(guò)程的背景的大小和性質(zhì)。對(duì)于這些問(wèn)題一方面我們并沒(méi)有完全搞明白，另一方面暗物質(zhì)湮滅過(guò)程相對(duì)于正常物質(zhì)產(chǎn)生的信號(hào)是非常微弱和稀少的，想要甄別出來(lái)并不容易。
知識(shí)點(diǎn)III：空間探測(cè)器成果
阿爾法磁譜儀
由美籍華裔諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者丁肇中先生領(lǐng)銜的項(xiàng)目，中國(guó)制造了阿爾法磁譜儀的核心部件——永磁體，它擅長(zhǎng)區(qū)分電子、正電子、質(zhì)子、反質(zhì)子、光子等基本粒子，暗物質(zhì)和反物質(zhì)都能測(cè)量。2011年，它被“奮進(jìn)”號(hào)航天飛機(jī)安裝到國(guó)際空間站上后迄今已收集到410億條宇宙射線數(shù)據(jù)，捕捉到1000多萬(wàn)個(gè)電子和正電子，總數(shù)據(jù)量超過(guò)556TB，并繪制出高能電子宇宙線能譜（粒子數(shù)量隨粒子能量的分布曲線）。
2015年4月3日，丁肇中團(tuán)隊(duì)發(fā)布相關(guān)報(bào)告，阿爾法磁譜儀發(fā)現(xiàn)在0.5GeV（5億電子伏特）-10GeV（100億電子伏特）區(qū)間內(nèi)，正電子占正電子和電子總和的比例隨能量的增加而減少；10GeV-500GeV區(qū)間內(nèi)，比例遞增；500GeV后，比例曲線基本變平。不過(guò)還沒(méi)有測(cè)到能譜驟降的情況。（圖中綠色線條）
丁肇中解釋如果有暗物質(zhì)存在，正電子能譜會(huì)有6個(gè)明顯的特征：1.隨著粒子的能量不斷提高，經(jīng)過(guò)一個(gè)點(diǎn)后，正電子的能量逐漸增加；2.經(jīng)過(guò)某個(gè)點(diǎn)后增加的速率，符合特定的非線性關(guān)系；3.在能量得到某一個(gè)量級(jí)之后，正電子的數(shù)目不斷下降；4.下降速率滿足特定的非線性關(guān)系；5.在某個(gè)點(diǎn)上，數(shù)量還會(huì)增長(zhǎng)，到達(dá)一個(gè)拐點(diǎn)后會(huì)突然下降，出現(xiàn)一個(gè)山峰狀的圖線；6.粒子來(lái)自四面八方，而非來(lái)自一個(gè)源。從丁肇中先生公布的數(shù)據(jù)來(lái)看，6個(gè)特種中有5個(gè)已經(jīng)出現(xiàn)，這些特征都支持正電子來(lái)源于暗物質(zhì)，唯獨(dú)那個(gè)拐點(diǎn)尚未出現(xiàn)。
“悟空”
在2015年12月27日至2017年6月8日在軌運(yùn)行的530天里共采集了約28億顆高能宇宙射線，其中包含約150萬(wàn)顆25GeV以上的電子宇宙射線（CREs）。基于這些數(shù)據(jù)，科研人員成功獲取了目前國(guó)際上精度最高的電子宇宙射線探測(cè)結(jié)果。首先，“悟空”觀測(cè)的數(shù)據(jù)覆蓋了從55GeV到2.63TeV的高能電子能量范圍；其次測(cè)量到的1萬(wàn)億電子伏特（TeV）電子的“純凈”程度最高（其中混入的質(zhì)子數(shù)量最少）。第三，最關(guān)鍵的，在0.9TeV的地方有個(gè)明顯的“下降行為”，可能就是丁肇中所說(shuō)的第6個(gè)特征。第四，在1.4TeV處一個(gè)異常的“尖峰”。但這個(gè)能譜是哪種粒子以何種機(jī)制形成的呢？是暗物質(zhì)湮滅或衰變產(chǎn)生還是正常物質(zhì)湮滅產(chǎn)生？目前還不得而知。
知識(shí)點(diǎn)IV：加速器探測(cè)法
依據(jù)理論，在地面加速器上將粒子加速到極高能段，讓他們相互碰撞，打出新粒子，以期“創(chuàng)造”暗物質(zhì)粒子。歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)是目前世界上最大的強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)，目標(biāo)是將兩個(gè)反向回旋的質(zhì)子束流進(jìn)行對(duì)撞，創(chuàng)造最高達(dá)14萬(wàn)億電子伏特的總能量。對(duì)照宇宙大爆炸理論，大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的對(duì)撞試驗(yàn)可望創(chuàng)造出與宇宙大爆炸之后萬(wàn)億分之一秒時(shí)狀態(tài)，這種極高的碰撞能量會(huì)產(chǎn)生異常粒子，包括暗物質(zhì)粒子。但是至今所有的加速器實(shí)驗(yàn)還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)粒子的跡象。
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