外面确实有某种东西，弯曲着来自遥远星系的光线
星系和星系团似乎被某种无形物质的云团所包围，这种物质以引力相互作用。它显然还导致星系的旋转偏离了牛顿定律的简单预测，而该预测假设星系中只存在可见物质。这种“暗物质”构成了宇宙质量/能量密度的近四分之一，而“亮物质”（恒星、星际尘埃和原子）只占百分之几。我们的偏见是暗物质具有粒子性质。如今超越标准模型的粒子物理理论为暗物质候选粒子提供了许多可能性，其中许多可以通过它们与普通物质的弱相互作用来探测。这里我们所说的“弱”是指通过与普通物质粒子交换 W 或 Z 玻色子进行相互作用。提出的暗物质粒子共同点是它们是弱相互作用且有质量的（大约是质子质量的数百倍——一百到几百 GeV）。这类暗物质候选粒子被称为 WIMPs（弱相互作用大质量粒子）。如果 WIMPs 真的存在，我们星系中每立方米只有几个，而且大多数会直接穿过普通物质而不发生相互作用。但是，如果它们能够并且确实发生弱相互作用，偶尔它们可能会将足够的能量传递给普通物质的原子核，从而被探测到，只要我们的设备足够灵敏。此外，人们希望 WIMP 暗物质粒子可以在费米实验室的 Tevatron 或不久将在欧洲核子研究中心（CERN）的大型强子对撞机（LHC）的高能碰撞中产生，并通过它们带走明显“缺失”的能量这一事实间接探测到。目前，在直接探测领域，有两种主要竞争技术正在争夺观测 WIMP 相互作用微弱信号的领先地位。直到几天前，对 WIMPs 最灵敏的搜索是 XENON10 合作组进行的，他们使用液态和气态氙探测器作为 WIMPs 的靶子。该探测器深埋在意大利的格兰萨索实验室地下。但在上周于马里纳德尔雷举行的 暗物质08 会议上，低温暗物质搜索合作组重新夺回了这项研究的领先地位。他们使用固态晶体硅和锗探测器，冷却到液氦温度，以感应 WIMP 相互作用引起的核反冲，并采取了非常措施（所有这些实验都这样做）来避免来自宇宙射线、自然放射性和杂散中子的虚假信号。他们进行了一次盲搜索，仔细控制了他们预期看到的 WIMP 信号事件数量的预测，然后在本月初“打开了盒子”。他们预期有 0.6 个背景事件，上下浮动大约半个事件。结果是：什么都没有。没有来自 WIMPs 或背景或任何东西的信号！“测量到什么都没有”通常是一个巨大的实验挑战。你必须让全世界相信，如果存在的话，你本应该看到一些东西，而不是你的设备仅仅因为其他原因而保持沉默。我认为，CDMS 在让全世界相信这一点方面做得非常出色，他们的结果比之前的 Xenon 10 结果具有近三倍的约束力。他们在此 WIMP 相互作用强度与 WIMP 质量的图中展示了这一点
这张图所表达的意思是，假设所有暗物质都是某种质量的 WIMP，那么如果自旋无关截面具有大于粗黑线所示的值，他们探测器中看不到任何事件的几率小于 10%。这可以反过来说，在 90% 的置信水平上，如果存在这样的 WIMP，它们必须具有比粗黑线所示更微弱的相互作用强度。这些排除限制开始深入切割图中所示的理论上偏好的区域……而现阶段确实没有事件的事实意味着任何形式的五西格玛发现可能还需要很长时间。与此同时，计划进行更大的基于氙的实验，包括格兰萨索实验的更大版本和 LUX 实验，后者将设在新兴的深地下设施 DUSEL。而且，也许最早在今年晚些时候，LHC 的 CMS 和 ATLAS 实验将开始看到质子“愤怒碰撞”（我的一位同事喜欢这样说）的结果。Tevatron 尚未看到任何 WIMP 产生/衰变的迹象，因此凭借七倍的能量，LHC 可能能够产生衰变为较轻粒子的重粒子，其中可能包括超对称性预测的 WIMP，例如中性微子。我有时会思考暗物质是否真的只与“亮物质”发生引力相互作用的可能性。也许它由一个完全独立的扇区组成，不与亮物质相互作用。它可能是由多个粒子组成，它们之间相互作用，形成我们只能推测的结构。如果我们探测暗物质的唯一方法是引力，那么要理解它将是一条漫长的道路。我希望这里的宇宙学家读者能给我们更多的希望，即确实有充分的理由相信暗物质具有弱相互作用……
