这回真的找着暗物质了？一个诡异的探测信号

► 文 观察者网心智观察所

2026年9月1日，日本山形县天童市，TeV粒子天体物理学大会现场。LUX-ZEPLIN（LZ）实验团队的发言人走上讲台，在场的物理学家并不知道他们接下来会听到什么。他们只知道，这个世界上最大的暗物质探测器，似乎看到了什么不寻常的东西。

结果公布之后，整个会场，乃至整个物理学界，都炸开了锅。物理学界好久没有这么兴奋了。起因是一个埋在地下近一英里处的探测器，记录到了一道无法解释的闪光。难道科学家苦寻多年的暗物质，这回终于露出马脚了吗？

一次无法解释的闪光

故事要从三年前说起。2023年6月16日下午3点22分39秒，地下一英里处，一道微弱的闪光突然出现。

闪光发生在一个装满10吨超纯液态氙的巨型圆柱形罐体中。这个装置就是LZ探测器。LZ实验是目前全球最大的暗物质直接探测项目，由来自39个机构的250名科学家和工程师共同参与。探测器位于南达科他州桑福德地下研究设施，一个废弃的金矿里，埋藏在约1.6公里的岩层之下。之所以埋得这么深，是为了屏蔽宇宙射线。地面上每时每刻都有大量粒子轰击地球，它们会在探测器中制造出大量假信号。一英里的岩石相当于一床巨大的被子，挡住了绝大部分干扰。

探测器核心就是这个装有超纯液态氙的大型圆柱形容器，10吨的氙被冷却到零下108摄氏度以下，变成液体。罐壁上密布着数百个光电倍增管，像一只只眼睛一样时刻注视着罐内的一举一动。任何进入罐体的粒子与氙原子碰撞，都会产生微弱的光信号和电荷信号，被这些眼睛捕捉记录下来。一旦暗物质粒子（如果存在的话）偶尔与氙原子核发生碰撞，会产生两个信号：一束微弱的紫外光闪光，以及被击中的原子核向前反冲释放的电荷。

这不是一道寻常的闪光。研究人员分析了2023年3月到2024年4月共计220天的数据，发现了一项异常，他们仔细排查了所有已知的背景来源：天然放射性、宇宙射线残余、探测器材料本身的微量辐射……没有一个能解释这道闪光。

这个信号的反冲能量高达248千电子伏，远高于以往的搜索重点关注的50千电子伏以下的低能区域。如果它真的是来自暗物质的信号，那么产生这个信号的弱相互作用大质量粒子（暗物质的主要候选者）的质量至少是质子的200倍。

更令人费解的地方就是它的位置，它出现在研究人员预期暗物质信号会出现，而背景干扰极低的区域。而且它的行为完全不像任何已知的背景信号。等于说，科学家很可能真的发现了什么新的东西。

此外，其统计显著性达到了2.6西格玛。什么意思？这个数字意味着这一事件仍然有二百分之一的概率可以由已知的背景过程来解释，换句话说，它来自某种未知来源的概率高达99.5%。

不过，在粒子物理学中，必须达到5西格玛的显著性，也就是说，信号纯属巧合的概率不得超过0.00003%，这项发现才是板上钉钉的。

实验发言人表示，这个信号要么是极其罕见的背景事件，要么就是暗物质的第一个迹象。不过他也强调，他们只是发现了一些颇为有趣的东西，想征求科学家的意见，没说这一定是暗物质。

暗物质：宇宙中最大的谜

当你仰望星空， 看见那些恒星、行星、星云，所有这些能用望远镜观测到的东西，在宇宙总物质的中大约只占15%。剩下的85%是看不见的、不发光的、完全不可见的物质。科学家们称之为暗物质。

虽然看不见，但暗物质的存在通过引力效应暴露了自己。星系旋转的速度太快了，按照可见物质的质量计算，它们早该被甩散架了。但星系没有散架，说明有某种看不见的额外质量在抓着它们。这个看不见的宇宙胶水，就是暗物质。

过去40年，物理学家一直在寻找暗物质的真身。最主流的假说是：暗物质由一种叫作弱相互作用大质量粒子的粒子构成。这种粒子比质子重得多，几乎不与普通物质发生相互作用，就像幽灵一样穿过一切，但极其偶尔的时候，它会撞上一个原子核，留下微弱的闪光。

这就是LZ探测器正在捕捉的东西。

为何如此诡异

这个信号的吊诡之处，除了难以由已知背景解释之外，还有一层：它出现的方式不对。

按照大多数标准理论，如果LZ要看到一个高能弱相互作用大质量粒子事件，那么首先应该捕捉到几十甚至几百个低能事件。这就好比一个人在森林里找蘑菇，如果真的找到了一朵大蘑菇，按理说周围应该还有很多小蘑菇才对。

但LZ没有捕捉到任何低能事件的异常信号。只有一个高能事件，孤零零地站在那里。研究人员绞尽脑汁，试图以其他已知的背景事件对此进行解释，未果。

换言之，如果这个信号真的是暗物质，那暗物质的真面目可能比物理学家所想的要复杂得多。

“考虑到我们并不知道暗物质究竟是什么，暗物质很可能与我们的预期不甚相符，所以我并不觉得奇怪，”实验合作组成员如是说。

物理学界的反应

消息公布后，全球物理学界迅速沸腾了。《自然》杂志在报道此事时写道：“仅仅是一个数据点，却足以令物理学家脊背发凉。”

“我等待一个积极的结果等了，天哪，40年了，”德克萨斯大学奥斯汀分校的理论物理学家Katherine Freese说，她早期的研究为暗物质搜索提供了重要启发。“可以打包票，我对LZ的结果非常、非常的兴奋。”

西北大学的Eric Dahl已经在暗物质搜索领域工作了20年。“这是我所见过的最有意思的一起事件，”他说。“过去一年里，我们花了大量时间，翻来覆去地寻找这起事件的解释。算完之后，我们找不到任何一个已知来源，能以超过1%的概率产生这类信号。”

但也有人持谨慎态度。

“这是一起值得调查的事件，”中国暗物质研究领域的领军人物，上海交通大学的刘江来教授说。“确实很吸睛，无疑会激发这个领域的热度。”

芝加哥大学的Juan Collar不是LZ合作组成员，但他对这一结果的评价很高。他认为LZ合作组已经很好地排除了放射性本底干扰。但他也指出一个关键问题：无论原因出于放射性本底还是暗物质，都应该同时带来大量的低能反冲事件，而LZ并没有观测到这类低能超额信号。“这一点很有意思，”Collar说，“但也令人困惑。”

未来会怎样？

目前，LZ合作组已经提交了相关论文。同时，团队正在收集更多数据，目前已经有超过700天的盲态数据等待分析。所谓的盲态，是指在分析完成之前，研究人员不知道数据中是否包含信号，这是为了避免主观偏差。

“这是200天的数据。实际上我们手里还有超过700天的盲态数据，使得我们处在一个有利的位置。”实验发言人说。

如果后续数据中出现了更多起类似事件，那将大大增加暗物质的可能性。届时，另外两个竞争实验组，中国锦屏地下实验室的PandaX-4T和意大利格兰萨索国家实验室的XENONnT，也将协助验证LZ的发现。

如果后续数据中没有出现更多类似的情况，那么这个信号可能只是一个极其罕见的背景事件，一个统计噪音。

时间不多了：暗物质搜索的最后窗口

这次探测还有一个特殊的时代背景。

随着探测器变得越来越大、越来越灵敏，它们很快将被另一种幽灵粒子,中微子的信号淹没。中微子来自太阳和地球大气层，数量极其庞大，会像噪音一样充斥探测器。到那时，暗物质的搜索将变得极其困难。

“这是最后的机会窗口，如果你还没找到弱相互作用大质量粒子，那你只好在未来十年的某个时候关门歇业了，”Collar说。

“这个信号很可能是一场非凡之旅的开端。”

结语

无论结果如何，故事已足够精彩。历经40年的空手而归，暗物质猎人终于看到了一个无法忽视的信号。要是运气不好，这个诡异的信号不过是虚惊一场的乌龙，运气好的话，这就是人类第一次真正触摸到宇宙中最神秘的物质。

接下来的几个月，全世界的物理学家都将紧紧盯住LZ即将公布的数据。这是四十年来最接近答案的一次，这是最后的机会窗口，倘若不是乌龙，人类对宇宙的理解又将迎来一次革命性的飞跃。

参考文献

https://www.reuters.com/science/scientists-make-potential-breakthrough-search-dark-matter-2026-09-01/

来源|心智观察所

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