对难以捉摸的物质的搜索已达到极限
对于大多数天文学家来说，暗物质与恒星和行星一样真实。 我们会定期绘制其分布图。 我们将星系想象为暗物质，其中许多物质散布着发光物质。 从暗物质的角度来看，我们了解宇宙结构的形成和整个宇宙的演化。 但是，经过十多年的复杂搜索，没有人能够直接检测暗物质。 我们看到了她所投射的阴影，但我们不知道宇宙的黑暗部分可能隐藏着什么。
这绝对不是普通的对象或粒子-长期以来一直排除此选项。 理论上的争论支持一种新型的与普通物质微弱相互作用的粒子。 每时每刻都必须有大量的此类粒子穿过我们的星球，我们应该期望其中一些会留下痕迹。 物理学家们长出了晶体，装满了低温储罐，将它们埋在地下深处，以排除普通颗粒，并寻找微小的热脉冲和闪光，以发出我们以前从未见过的东西。 到目前为止，结果并不令人鼓舞。 在南达科他州利德市，LUX实验在一个废弃的金矿地下进行了半英里。 我什么也没找到。 在中国，金平地下实验室的PandaX实验在2.4公里厚的石层下的隧道中进行。 他什么也没找到。 在法国阿尔卑斯山弗雷瑞斯附近的公路隧道中，进行了1.7公里深度的EDELWEISS实验没有发现任何东西。 此列表继续。
零结果迅速缩小了可以隐藏暗物质的参数空间区域。 由于数据的严重缺乏，理论物理学家开始提出有关更多奇异粒子的理论，但其中大多数候选物将更难被发现。 取而代之的是，人们希望在粒子加速器上获得暗物质粒子，从而得出有关其存在的结论：通过观察粒子碰撞中是否损失了能量。 但是大型强子对撞机就是这样做的，到目前为止，还没有发现这样的东西。 一些理论家怀疑没有暗物质，而我们的引力理论（爱因斯坦的广义相对论）使我们误入歧途。 GTR告诉我们，如果银河系没有被看不见的物质束缚在一起，它们就会飞散，但是这个理论也许是错误的。 但是，广义相对论通过了所有可观察的检查，所有竞争的理论都有致命的缺陷。
我们不知道所有物质的百分之八十五。 最重要的是，我们担心会一直如此。
尽管大多数实验都没有结果，但其中两个声称发现了暗物质。 两种说法都极具争议，但出于各种原因。 它们可能是错误的，但值得仔细考虑。 至少这些案例证明了在空间物质的存放者中发现暗物质的困难。
格兰萨索国家实验室的DAMA / LIBRA粒子探测器位于意大利北部一座山下1.4公里的隧道中，它正在寻找由
碘原子
钠晶体中原子核散射的暗物质粒子产生的闪光。 他已经收集了十三年的数据，并记录了一些不寻常的东西。 颗粒物检测数量随季节增加和减少； 最大值是6月，最小值是12月。
暗物质可以预料的就是这种行为。 据信，它形成了包围银河系的广阔云团。 我们的太阳系整体上会穿过这片云。 但是，由于行星绕太阳公转的运动，各个行星以不同的速度在云中移动。 地球相对于拟议云的速度在6月达到最高，12月达到最低。 这将确定暗物质粒子飞过位于地球上的探测器的速度。
没有人否认DAMA检测到具有非常高统计意义的季节性调制。 但是，许多其他颗粒物源也会因季节而波动-例如，地下水流量（影响背景放射性）或大气中诸如μ子之类的颗粒物的产生。 根据最新估计，世界各地还有其他五个实验指出了与DAMA要求不一致的限制。 验证结果的唯一方法是在其他地方使用同一检测器重复该实验，并且已经在准备几个这样的实验。 其中之一将位于南极，那里的季节性当地影响与意大利不同。
暗物质的第二个有趣提示来自间接实验，不是直接寻找难以捉摸的粒子，而是寻找它们在相互碰撞和随后的hil灭时应生成的次级粒子。 2008年，安装在俄罗斯卫星
Resurs-DK上并由俄罗斯，意大利，德国和瑞典的专家制造的
PAMELA探测器（用于反物质/物质探索和光核天体物理学的有效载荷）观测到了意想不到的大来自太空深处的正电子数量（反物质中的电子类似物）。 最近，这是由位于国际空间站（ISS）上的
磁性阿尔法光谱仪证实的。 同时，
费米太空伽玛望远镜报道了从银河系中心传播的伽玛射线的散射辉光。 它的形状对应于暗物质-相对于银河系中心球形对称，强度朝着中间方向增加。
真是太好了，难以置信。 不幸的是，正电子和伽马射线的观测也可以通过快速旋转的中子星，毫秒脉冲星来解释。 正电子的参数不适合暗物质的合适候选物。 为了处理这种情况，有必要检查正电子是否来自已知中子星的方向。 伽马射线的波动已经归因于银河系中心的许多弱脉冲星。 同样，如果伽玛射线来自暗物质，天文学家将不得不检测到来自邻近矮星系的类似信号，这些矮星系的暗物质体积要比我们的大。 没有检测到此类信号。
大多数搜索尝试着眼于最简单的候选粒子，即称为
WIMP的 ，相互作用较弱的块状粒子。 这里的“弱”一词具有双重含义：相互作用不强，并且通过所谓的相互作用发生。
核相互作用弱 。 此类粒子是粒子物理学中标准模型的自然扩展。 甚至不知道所有细节，您可以从副词“弱”中了解宇宙中应该有多少这样的粒子。 在大爆炸前的热史前汤中，自然产生并破坏了颗粒。 随着宇宙的膨胀，温度下降，各种不同类型的粒子（取决于质量）陆续消失。 取决于相互作用的强度，粒子可以继续以一定速度被破坏，直到它们分布得太少而不会相互碰撞为止。
有了WIMP相互作用的力量，就有可能进行计算并发现在早期宇宙的大锅中应出现可观测量的暗物质。 产生的粒子应比质子重数百倍。 从与标准模型和超对称性相关的计算中，可以得出暗物质粒子的合适参数区域的存在-这一事实被称为“ WIM奇迹”。
但是，当一个丑陋的事实扼杀了一个美丽的假设时，可能就是这种情况。 物理学家对绝望的呼声日益高涨，他们已经在探索以前被认为是次等且可能性不大的机会的选择。
暗物质颗粒也许非常大。 这是一种自然的折衷方案-粒子越重，与天文学家观测到的总质量相匹配所需的粒子就越少，因此可以有很少的数量，以至于我们的探测器不会注意到它们。 物理学家将需要一种完全不同的搜索策略，这可能与这些粒子对旧中子星或其他天体的影响有关。
相反，暗物质粒子可能太轻而无法在检测器中留下痕迹。 物理学家可以使用我们已经可供搜索的探测器：太阳。 太阳穿过暗物质的银河云时可以捕获粒子。 质子可以被质子在太阳中散射并改变其温度肖像。 这将影响气体涡流在太阳上层中上升，下降和扭曲的湍流运动。 而且，我们必须借助
太阳地震学来检测到这一点，
太阳地震学是研究太阳内部传播的干扰及其对太阳表面影响的科学，就像地震学研究地震一样。 事实证明，在日震学中，存在无法解释的异常，很难与太阳的标准模型相协调。
如果暗物质颗粒在阳光下积累，它们会在其核心处消失。 这将导致高能中微子的出现，这种探测器可以被日本中部的
Super Kamiokande和南极的
IceCube等探测器看到。 到目前为止，尚无适合于此角色的事件的报告。
轻质粒子的最极端例子是
轴突 （一种假设的弱相互作用粒子），其质量比质子小一万亿倍。 它不会完全变暗，但会与电磁场相互作用，并且能够在强磁场的波谷内产生微波光子。 自1980年代以来，尝试检测轴突的实验一直在进行，并且没有比WIMP检测器成功的多。
一位理论家说，也许暗粒子根本不是粒子，而是“粒子”。 非粒子是电磁场的远距离亲戚，电磁场的能量未分为独立的数据包。 他们可以在对撞机数据中留下间接痕迹。 暗物质的本质也许不是唯一的解决方案。 毕竟，普通物质还包括许多类型的颗粒。 暗物质也可能由多个参与者组成，这会使搜索复杂化，因为任何特定粒子候选者的所谓迹象都将变得模糊。 也许暗物质除了重力以外根本不相互作用。 这将使实验人员的生活更加接近噩梦。
从某种意义上说，我们处于科学家梦dream以求的情况。 旧的想法行不通，需要新的想法。 它们可能是由于对新型粒子的研究而出现的，或者我们可以发现新的一致的引力理论，这使我们可以抛弃暗物质。
但是人们一直担心的是，自然把新物理隐藏在了我们找不到的地方。 尽管我们还没有完全穷尽找到WIMP的尝试，但是实验还没有能力做得更多。 它们对暗物质越敏感，对垃圾颗粒越敏感，因此无法始终将它们区分开。 按照目前的发展速度，在十年内它们将被太阳发出的中微子或与地球大气层碰撞的宇宙射线所致。
太阳可以是暗物质的自然检测器。 天文学家可以检测到暗物质影响下太阳各层结构的变化。 红色的图片显示了远离我们的区域，蓝色的图片显示了正在接近的区域。在这种情况下，我们仍然可以继续进行间接检测尝试。 最有前途的之一是
切伦科夫望远镜阵列 ，它是智利和
帕尔马岛上数百台望远镜的集合。 在其他任务中，他将寻找在我们星系和其他星系中暗物质粒子an灭中出现的伽玛射线。 但是在某些时候，这种搜索策略会遇到另一个问题：成本。 到目前为止，暗物质探测器是最经济的基础物理实验之一，但是如果我们需要增加其尺寸，灵敏度和复杂性，它们的成本可能会超过大型强子对撞机（近70亿美元）和望远镜等怪物。 詹姆斯·韦伯（James Webb，约80亿美元），没有任何成功的保证-很难卖给政客。
发现暗物质粒子的最佳工具是一台新的对撞机。 在三十年中的某个地方，物理学家计划建造一个对撞机，其功率要比大型强子对撞机高出数倍。 在中国和欧洲都在进行研究。 据粗略估计，这将花费今天的250亿美元。 如果负载是在一段时间内以及在多个国家之间分配的，则这可能是真实的。 但这很可能是极限。 即使物理学家拥有无限的资源，建造更大的东西也将不再有任何收益。 此外，任何未知的粒子都将如此庞大，以至于大爆炸根本无法产生足够数量的粒子。
尽管进行了所有这些令人难以置信的尝试，我们仍可能无法检测到信号。 这是一个黯淡的前景。 也许没有暗物质。 我们继续寻找与遗传资源的偏差。 到目前为止，尚未找到任何一个。 相反，2016年通过引力波发现黑洞的现象支持了爱因斯坦的理论-因此，暗物质的存在也得到了支持。
但是也有积极的方面。 可能存在与大自然的阴暗面相关的惊人秘密和发现，如果没有这些搜索，我们将永远不会发现。 当我们在寻找粒子时。 我们别无选择，只能继续前进。
约瑟夫·希尔克（Joseph Silk）是牛津大学的宇宙学家，还在巴黎天体物理研究所和该大学工作。 约翰·霍普金斯。 遗迹辐射和宇宙结构形成领域的研究先驱。