暗物质听起来像是某个物理学家编造的谎言：存在着这种看不见的物质，它对星系产生强大的引力效应。这就是为什么我们知道它的存在。事实上，它的质量是普通物质的五倍。问题是，暗物质不反射或吸收光，所以我们看不见它。哦，而且它很少与常规原子相互作用，所以我们也感觉不到它。然而，我们知道它构成了宇宙的很大一部分，所以我们一直在寻找它。
尽管这些想法可能令人费解（或许也挑战逻辑），但许多物理学家正在搜寻这种难以捉摸的物质。埃琳娜·阿普里尔是这项黑暗事业的领军人物之一。她领导着一项名为Xenon的著名暗物质实验，该实验位于意大利格兰萨索国家实验室地下 5000 英尺处，这是世界上最大的地下物理实验室之一。阿普里尔也是哥伦比亚大学天体物理学实验室的联合主任，她于 2007 年启动了该项目，最初使用 Xenon10 探测器。此后，她升级到了更灵敏的 Xenon100。“我为拥有该领域最好的暗物质探测仪器之一而感到自豪，”阿普里尔谈到 Xenon100 时说。但巨大的问题仍然存在：暗物质是什么，科学家们离找到它还有多远？阿普里尔最近向《探索》杂志更新了她在搜寻宇宙缺失的绝大部分物质方面的进展。
说真的——暗物质是什么？最好的答案是，我们不知道。我们知道暗物质就在那里。我们已经知道七十多年了。瑞士天文学家弗里茨·茨威基（Fritz Zwicky）在 1933 年发表的一篇论文中就表明，可见物质只是宇宙的一小部分。我们所知的物质只占宇宙物质的 18%。其余的 82% 就是我们称之为暗物质的。此后，天文学上的其他发现也进一步证实了这种“有所缺失”的观点。我们仅凭其引力效应就知道暗物质的存在。例如，暗物质的存在有助于解释为什么我们的星系是稳定的。银河系是一个像旋转木马一样旋转的圆盘。问题是，是什么让它不至于分崩离析？当然是引力，但星系中的可见物质不足以提供将星系维系在一起所需的引力。这就是为什么我们知道那里一定存在我们看不见的其他物质。
暗物质是由什么组成的？我们认为它是由一种不常与普通物质（质子、中子和其他粒子）相互作用的粒子组成的。而且它非常重，质量很大。可能和整个铅原子一样重，甚至更重。它很可能是宇宙大爆炸留下的遗迹粒子，是一个我们称之为“弱相互作用大质量粒子”（WIMP）的粒子家族的成员。
我们怎么知道暗物质是由某种新的粒子组成的？事实上，我们可能在认为暗物质由一种全新的粒子组成这一点上走错了方向。这就是为什么我们称之为“WIMP 奇迹”。所谓的粒子物理标准模型，它阐述了物理学家对宇宙运作方式的理解，存在一些缺陷。很多事情，很多数据，都不符合。我们有诸如超对称性和额外维度等理论，这些理论被提出来解释标准模型中缺失的部分或与我们获得的数据不符的地方。这些理论预测的某些粒子是暗物质的天然候选者，因为它们具备所有正确的特征。例如，一种称为中性子的粒子，就是一种 WIMP，它之所以是暗物质的完美候选者，部分原因在于它与其他粒子的相互作用很少，这也解释了为什么没有人能探测到它。
如果 WIMPS 与其他粒子的相互作用很少，你们如何找到它们？我们搜寻的方式是等待暗物质粒子与我们的设备接触，我们的设备基本上是一个装满液态氙气的罐子（氙气是一种元素，以气体形式用于许多新车的车头灯），两边各有一个探测器。我们使用氙气是因为它是最重的元素之一——这意味着每个原子都包含大量的质子和中子——这增加了暗物质与之相互作用的几率。每当发生这种情况，每当一个 WIMP 被卡在那里时，氙气就会显示出一些 remarkable 的特性。会有紫外光的闪烁。肉眼是看不到的，所以为了探测到这种光，我们在充满液态氙气的探测器上方和下方安装了 178 个极其灵敏的单像素相机，称为光电倍增管。我们还寻找电离信号：如果暗物质粒子摩擦到氙原子，就会释放出电子并产生电荷。这些电子会向上穿过液态氙气，到达一个带正电的阳极（电极），产生第二个光闪，相机将探测到它。
这个信号会告诉我们一个 WIMP 终于接触到了吗？嗯，我们可以从这两个信号中提取大量信息，包括粒子的速度、相互作用的位置以及粒子的类型——是电子、中子还是暗物质。粒子与氙气的接触越温和，它越有可能是 WIMP。
但你们还没有明确找到一个，对吗？没有。我的意思是，你时不时会看到一些东西，然后说：“嘿，这是什么？”你认为可能是暗物质。但我们总是能找到这些事件的解释。不过，考虑我们可能正盯着暗物质本身的可能性也很重要。
我们离找到暗物质还有多远？其他团队有过“命中”或“潜在命中”吗？十二月（文章；实时博客）有消息称，另一个研究团队“低温暗物质搜索”（CDMS）在明尼苏达州的一个矿井中探测到了暗物质，但他们只看到了一个非常微弱的信号。他们记录了两个无法完全解释为背景噪音的事件。其中一个事件非常接近噪音的阈值。这算不上是探测，合作团队自己也没有这样称呼。它只是一个探测的迹象。最初曾引起很大的兴奋，但现在已经平息了。
至于我们团队，我们已经用 Xenon100 收集了几个月的数据，并将继续收集到夏天。这个强大的探测器拥有迄今为止测得的任何暗物质探测器的最低背景噪音，并且是目前运行中规模最大的探测器。如果 CDMS 发现的信号真的是来自暗物质，我们今年很容易就能确认。与此同时，粒子物理学家正在日内瓦的大型强子对撞机上寻找暗物质。我们希望他们在未来几年内能告诉我们更多关于这些粒子的情况。
寻找你可能永远找不到的东西是什么感觉？感觉非常激动，近乎一种责任。我们不确定是否能发现暗物质，但这并不减弱尝试的必要性。意大利粒子物理学家卡洛·鲁比亚（Carlo Rubbia），他曾是日内瓦大学的我的博士论文导师，最近在一次暗物质会议上引用了伽利略的话：“Provando et riprovando”—“尝试再尝试。”这是实验科学的基础。我们必须不断尝试，不断找出真相。如果我们因为没有保证会找到东西而停止，那么我们就永远找不到任何东西了。事实上，就暗物质而言，找不到任何东西也极其重要，因为它会促使我们找到新的探索途径。我们必须用我们拥有的最好的工具继续寻找它。
