暗物質看不見，該怎麼抓住它？

上世紀三十年代，科學家扎維觀察星系的運動時發現，星系的運行速度要比根據萬有引力定律計算出的速度大。以那麼大的速度轉動，按理說會被甩出去，可實際上星系還是在那裡運轉。扎維大膽地猜測宇宙中還存在我們看不見的質量，他把那些沒有被看到的物質命名爲暗物質。

扎維的觀點在當時沒有引起關注，幾十年後科學家在研究螺旋星體的運動、恆星速度色散關係、星體的引力透鏡等問題時發現了與理論不符的現象，看不見的暗物質設想得到了重視。雖然有一部分科學家從修改引力理論方面去解決遇到的問題，但是修改後的理論並不能解釋所有的現象，並且還會面臨很嚴重的問題。暗物質理論被大多數科學家所認同。根據理論分析，宇宙中看得見的物質大約佔4%至5%，暗物質大約是物質的5至6倍。

暗物質存在與否不能只看理論，還需要發現它。暗物質不參與電磁相互作用，故不論什麼頻段的望遠鏡都不能觀察到它。目前探測暗物質常用的方法有三種。

第一種方法是藉助大型對撞機。對撞機能夠將正反粒子加速到很高的能量後迎頭相撞，在撞擊的過程中會產生新的粒子，也許能夠產生未曾發現的暗物質粒子。雖然看不到暗物質粒子，但是其他粒子很容易探測到。如果把其他粒子都找到後發現有能量丟失，有可能就是被暗物質粒子帶走的。

第二種方法是假設暗物質也存在正反粒子，暗物質的正反粒子湮滅後可能會產生普通的粒子，根據產生的普通粒子去推測暗物質的存在。這種方法用得比較普遍，上世紀末丁肇中就曾將阿爾法磁譜儀送到太空尋找暗物質，遺憾的是沒有獲得想要的數據。目前國際空間站上還有第二代阿爾法磁譜儀超期服役，依然在爲探測暗物質努力着。中國也有自己的命名爲“悟空”的暗物質探測衛星，探測宇宙中來自暗物質的過量正電子。目前已經發現了很多異常的正電子，至於這些正電子是否來自暗物質還需要進一步確認。

第三種方法是讓暗物質和原子核相撞，原子核獲得動量後會在探測器中顯現出電信號。由於太陽系中暗物質的分佈不均勻，地球轉到不同位置時暗物質和原子核的碰撞也就會有不同，這樣探測器探測到的信號就會表現出隨季節的變化。宇宙射線中的高能粒子也會撞擊原子核，爲了避開宇宙射線，探測器只能到深深的地下。中國在錦屏山建有世界上最深的探測實驗室，深度達2400米。

以上三大方法使用以來，並沒有取得確切證據表明暗物質的真實存在。也許是實驗的精度還需進一步提高，也許需要探索新的方法。去年11月，中國科學技術大學的彭新華在《自然-物理》發表論文，他與德國科學家合作的團隊開發出一種新型超靈敏量子精密探測技術，利用自選放大器將暗物質與原子核作用產生的贗磁場進行放大，使原子磁力計的磁探測靈敏度提高100倍，大大提高了搜尋靈敏度，並且可將實驗裝置的尺寸縮小到桌面那麼大。該方法有望在探測暗物質、粒子物理學、原子與分子物理學等領域產生大的影響。

19世紀末物理學的天空有兩朵烏雲，那兩朵不起眼的烏雲最終引起了物理學翻天覆地的變化，相對論和量子力學相繼建立起來。有很多人認爲暗物質、暗能量就是當今物理學天空中的烏雲。關於暗物質的理論研究及實驗探索是當今粒子物理學的重要研究熱點，這一問題的解決也許真的能夠帶來物理學又一次翻天覆地的變化。值得一提的是，中國在這方面的研究並不落後於其他國家，中國的科技實力整體上是在穩步提升的。