XENON1T暗物质实验包含一个巨大的液态氙罐，位于意大利大萨索山地下深处的一个房间里。它的任务是寻找天文学家看不见但认为充斥着宇宙的暗物质的证据。
由于太阳系在宇宙中快速移动，地球应该正在穿越这片暗物质的海洋。因此，XENON1T内部的任何暗物质碰撞都应该来自我们的行进方向。
但是，XENON1T以及其他类似的暗物质探测器存在一个问题。虽然它应该能够探测到暗物质粒子的证据，但却无法确定它们来自哪个方向。这极大地限制了物理学家从数据中推断信息的能力。他们更希望有一个探测器，能够绘制出暗物质粒子穿过时留下的轨迹。
现在，澳大利亚悉尼大学的Ciaran O’Hare和他的同事们表示，他们认为他们知道如何做到这一点。该团队正在设计一种新奇的探测器，不仅可以探测到暗物质的存在，还可以探测其行进方向。该团队首次模拟了暗物质粒子在机器内部的相互作用方式，并表示其相对于当前一代探测器具有显著优势。
DNA森林
这种新型探测器采用基于DNA链的独特设计。它由悬挂在金箔层上的双链核酸组成的“森林”构成。每条DNA链都是独一无二的，并且其在探测器内的位置可以以纳米级的精度知道。
当暗物质粒子进入探测器时，它会切割其路径上的任何DNA链，导致断裂的片段落入微流体收集系统中。“由于核酸分子的碱基对序列可以使用聚合酶链式反应（PCR）进行精确扩增和测量，因此可以在纳米精度上重建每条断裂链在探测器内的原始空间位置，”该团队表示。这样，物理学家就可以重建暗物质粒子穿过机器的轨迹。
DNA探测器的概念最早在2012年被提出。这项新工作是首次进行的模拟，旨在测试该探测器对于不同类型、能量和方向的暗物质粒子如何工作。“我们得出结论，DNA探测器可能是一种经济高效、便携且强大的新型粒子探测技术，”O’Hare及其同事表示。
与目前用于探测暗物质的庞大设备相比，这种新方法还具有其他优势。该设备体积小巧，甚至可以便携。成本也将大大降低。
然而，它远非完美。DNA探测器提供的信息不足以轻松识别所涉及的暗物质粒子类型，甚至无法精确确定其能量。因此，这些探测器很可能会与传统机器的数据结合使用。
暗物质晕
相反，它的主要优势在于能够确定粒子来自的方向。“暗物质信号预计是高度方向性的，这是由太阳系绕着我们星系的暗物质晕运行而产生的现象，”O’Hare及其同事说。
“寻找与我们银河系自转方向一致的反冲轨迹，将允许对任何潜在的暗物质信号的真实性进行有说服力的检验，同时也能将其与背景噪声源（如宇宙射线、放射性衰变和中微子）清晰地区分开来。”
还有很多工作要做。去年，物理学家在XENON1T的数据中发现了令人费解的证据，表明存在一些异常。他们还不确定具体是什么，目前正期待更多数据来更好地研究这一效应。
如果暗物质确实存在，那么就需要一系列探测器来表征其性质以及地球是如何穿越它的。如果暗物质不存在，那就一切都不可预料了！
参考：使用DNA进行粒子探测和追踪：https://arxiv.org/abs/2105.11949
