50年寻找无果,只有这个地方出现了可疑信号:暗物质真的存在吗?

探索宇宙科普录 2025-04-07 17:34:51

你是否曾思考过,宇宙中绝大部分的物质是我们看不见的?无论是我们的身体、地球,还是那些闪耀的恒星,这些不过是宇宙总质量的区区5%。而剩下的95%则像隐形人一样,静静地存在却从未露面。科学家将这种不可见的存在称为暗物质。为了寻找暗物质的证据,人类进行了超过50次的实验。但令人失望的是,没有发现任何线索,没有找到一点痕迹。暗物质仿佛有意在躲避我们的寻找。然而,科学界的探索并非毫无结果,有一个地方,却似乎透露出它的一点秘密。

科学家很早就发现,宇宙中的星系运转速度太快了。如果只靠我们能看到的那些星星、气体和尘埃,根本撑不起这么快的运行速度。这就像你开车突然发现油门踩到底了,但车子却比预计的快两倍。你一查,发现车后面还有个“看不见的引擎”在帮忙推。这个“看不见的引擎”就是暗物质。它不发光、不发热、不带电,几乎不和任何已知物质发生作用,像个无形的巨人,静静地控制着宇宙的结构。根据目前已有的理论,科学家推测,它占据了宇宙物质总量的85%以上。但问题来了:我们从没真正“看到过”它。为了揭开暗物质的神秘面纱,人类想尽了各种办法。最常见的有三种途径:首先是直接探测法:在地球上建造超级灵敏的探测器,等暗物质粒子撞进来。其次是间接探测法:在太空中寻找暗物质可能产生的副产品,比如高能粒子或伽马射线。最后是对撞机实验:用大型对撞机撞击已知粒子,希望撞出未知的暗物质。

其中最受欢迎的就是直接探测法。为了提高成功的几率,科学家们在世界各地建起了一个又一个“超级安静的地下实验室,比如:美国的LUX实验,中国锦屏山的CDEX实验,意大利的XENON系列,加拿大的DEAP,韩国的COSINE-100,以及西班牙的ANAIS等。不过,要建好这些探测器,并不是装块铁皮埋在地下就完事了。这些设备里通常都装着几吨液态氙、液态氩,或者超导材料,目的是为了让系统保持最安静和最敏感的状态。静静等待着可能的“暗物质子弹”。但现实非常残酷。几十年过去了,这些实验几乎没有一个给出明确的“命中”信号。你可能会想:那这些实验岂不是白做了?其实并不完全是。虽然它们没有“发现暗物质”,但却不断排除了各种可能的假设。科学家会设定不同的模型,比如暗物质粒子有多重、和普通物质的作用力有多强等等。每一次没有发现,都是在说:“这种可能性不存在。”就像你在黑暗中摸索出口,每尝试一个方向,都能确定“这个不是”,那你离真正的出口其实也更近了一步。

虽然50多次实验都失败了,但科学家并不气馁。因为他们知道,暗物质不会因为我们没找到而不存在。它就在那里,只是我们现在还没有合适的工具去“看见”它。在全球50多次暗物质实验都“无功而返”的背景下,有一个地方却显得非常“特别”。它不是最先进、也不是最年轻,但它却是唯一一个声称“看到了暗物质线索”的地方。这个神秘的地方叫做——格兰萨索地下实验室(LNGS)。格兰萨索位于意大利中部,是阿布鲁佐山区的一座大山。谁能想到,这座看起来平平无奇的山里,居然藏着一个世界级的物理实验室?真正神奇的是,这个实验室建在1400米深的山体内部,为什么要建得这么深呢?很简单:为了安静。在寻找暗物质的过程中,任何一点点干扰——比如宇宙射线、地面振动、电子噪音——都可能让实验数据“变味”。在这个地下实验室里,有一个特别固执的实验,叫做DAMA/LIBRA。它的“工作原理”其实很简单:用一种叫碘化钠晶体的材料,来探测可能和暗物质有关的粒子碰撞。

从1998年起,DAMA开始记录每一个微弱的信号变化,坚持同样的设备、同样的方法,重复了超过20年。听起来是不是像老古董?但就是这个“老古董”,却在1998年以后,开始每年都发现一个奇怪的信号波动。他们发现,每年大约从5月到8月之间,他们的探测器会收到比平时多一点的信号。这种信号波动非常微弱,但每年都会出现,像日出日落一样准时。20多年了,这个“周期性信号”从没中断过。DAMA团队提出了一个大胆的解释:“这个信号,可能是地球在围绕太阳公转时,‘撞’进了更多的暗物质粒子中。”在6月左右,地球的运动方向正好和太阳在银河系中的运行方向叠加,因此相对速度更快,可能“撞”到更多暗物质。而在12月,地球的运动方向和太阳相反,撞击率变低,于是信号也减少了。听上去是不是有点像科幻小说?但这就是DAMA的数据。然而,科学界有一句铁律:你说你发现了什么,别人也得能复现才算数。

于是,全球好几个团队开始“复刻”DAMA的实验:他们也使用碘化钠晶体,也建在地下,也观测了好几年。结果呢?一个都没有复现出DAMA那种“季节性波动”。这下问题就来了:是DAMA的仪器“太灵敏”了?还是他们的实验环境“出问题了”?没人能下定论。但可以肯定的是,它提供了一条可能的线索,正因为有了这点“不确定”,全世界的科学家才会继续追问下去。有人可能会问:“既然几十年都找不到,为什么还不放弃呢?”因为,如果没有暗物质,整个宇宙的可能就会崩溃。甚至我们自己也不会存在。人类对于宇宙的好奇,从未停止。哪怕是50次失败,只要有一次模糊的线索,我们就愿意再试一次。或许,下一次打开宇宙之门的钥匙,就藏在那片安静的地下山洞中。关于暗物质,大家有什么不一样的想法和看法呢?欢迎大家踊跃讨论,感谢大家观看,我是探索宇宙,我们下期再见。

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