科学家最近公布了一个让人兴奋的消息:他们可能第一次找到了暗物质的“踪迹”!不过,他们自己也还不敢百分百确定。
【暗物质是什么?】
我们平时看到的星星、太阳、月亮和身边的东西,都属于“普通物质”。但科学家很早就发现,如果宇宙里只有这些东西,星系转动时会乱掉。一定还有一种看不见、不发光、几乎不反光的“神秘东西”,在暗中用引力拉拢着星系。科学家把它叫做“暗物质”,认为它在宇宙的物质总量中占了85%以上,而发光的星星其实只占了一小点。
想一想:如果暗物质真的这么普遍,那我们身边是不是也常有暗物质悄悄穿过?只是它不跟普通物质“打招呼”,所以很难被发现。
【去哪儿找暗物质?地下!】
为了寻找暗物质,美国科学家在南达科他州的地下深处运行着“桑福德地下研究设施”(Sanford Underground Research Facility)。它藏在地下约1英里(约1.6公里)深的地方,是美国最深的实验室。为什么要躲这么深?因为地面上有太多来自太阳和外太空的“杂音”,会干扰探测器。躲在地下,探测器才能安安静静地等待暗物质粒子撞上来。
这里的“主角”,是一台灵敏度非常高的探测器,叫 LUX-ZEPLIN(简称LZ),是世界上用于寻找暗物质的最灵敏装置之一。LZ的“眼睛”特别灵敏,只要有粒子撞到里面的原子,就会立刻发出一点点闪光。科学家就是根据这些闪光,来推测粒子的模样。
【“撞”出的一次奇怪事件】
过去两年,来自6个国家、39个机构的250名科学家和工程师一直在认真分析LZ的数据,其中也包括英国布里斯托大学的科学家。在大量数据里,他们发现了一个特别的事件:一个神秘粒子和一个原子发生了碰撞。这个碰撞留下的信号,和科学家猜测的暗物质粒子“WIMP”(弱相互作用大质量粒子)非常像。
研究带头人之一、物理学家萨姆·埃里克森博士说,这可能是“理解暗物质粒子身份的第一步”。但他也说,继续研究下去,也许会发现这个粒子其实和暗物质没有关系。
【为什么还不能宣布成功?】
你可能想问:既然看到了疑似暗物质的碰撞,为什么科学家不直接说“找到暗物质了”?因为科学很看重证据的“分量”。这次发现的评分只有2.6 sigma,而科学界通常要拿到5 sigma,才有把握宣布一个真正的发现。你可以把sigma想象成一个“信心等级”:分数越高,出错的概率越低。现在只有一次碰撞,分数不够高,所以大家不敢高兴太早。
布朗大学的里克·盖茨克尔教授就说:“我们并不是宣称自己看到了暗物质。但我们看到了一些有趣的东西,想请科学界一起看看。”而且,这个结果是在日本的一场学术会议上报告的,还没有经过“同行评审”,也就是还没有让其他独立科学家仔细检查。
【接下来会怎样?】
布里斯托大学的物理学教授亨宁·弗莱舍说,科学家已经花了很多时间,把所有已知原因都排查了一遍,目前没有任何一个已知原因能解释这次异常反应。他说:“这是一个极其激动人心的时刻,是天体粒子物理学家梦寐以求的事件。我们迫不及待想分析更多数据,看看会不会出现更多候选事件。”
所以,现在最需要的是耐心和更多数据。如果LZ未来再发现类似的碰撞,人类也许就会越来越接近暗物质的真相。如果你是科学家,面对这样一条非常有趣、但还不足以下结论的线索,会马上向全世界公布,还是继续查下去?很多科学发现,就是在这样小心求证的过程中慢慢长大的。