重磅！这可能是暗物质的首个直接证据！科学家捕捉到异常粒子信号

宇宙里我们看得见的所有星系、恒星、行星和星际尘埃，加起来只占宇宙总物质的不到5%。

剩下的物质既不发光也不反光，只通过引力作用塑造着宇宙的大尺度结构，这就是困扰物理学家近百年的暗物质谜题。

为了找到它的真身，科学家把探测器建在了地下深处。

而最近（2026年9月2日），LUX-ZEPLIN（简称LZ）暗物质实验团队在预印本平台发布了一项重磅研究：研究团队大幅拓宽了暗物质信号的探测能量范围，在新的高能区间里发现了一个异常事件，这个事件的特征与多种暗物质理论模型的预言高度吻合，它很难用已知的常规物理过程解释。

这是近年来暗物质直接探测领域最值得关注的线索之一。

地下探测器

暗物质粒子之所以难找，核心原因是它几乎不与普通物质发生电磁相互作用。

主流候选者弱相互作用大质量粒子（WIMP），它们每秒钟可能有数万亿个穿过人体，但却不会留下任何痕迹。

只有极其偶然的情况下，它才会径直撞上原子核，把动能传递给原子核，产生微弱的闪光和电离信号。

要捕捉这种极其稀有的碰撞，第一步就是屏蔽所有会干扰信号的常规粒子。

LZ探测器建在地下深处，厚厚的岩层会把绝大多数干扰信号的常规粒子挡在外面。

探测器的核心是一个装有7吨液态氙的时间投影室，它能精准测出粒子碰撞的三维位置，而氙原子核质量大、密度高，能大幅提升暗物质粒子撞上原子核的概率。

当粒子撞击氙原子时，会立刻产生一次微弱的闪烁光，这是第一道信号。

撞击产生的电离电子会在电场作用下向上漂移，穿过液态氙表面进入上方的气态层，激发出第二次闪光。

通过这两次闪光的强度、时间差和光斑分布，科学家不仅能算出碰撞的能量、发生的深度和水平位置，还能准确区分两类碰撞：暗物质或中子造成的核反冲，以及常规放射性造成的电子反冲。

核心探测器外面还有两层防护罩：内层是2吨液态氙构成的反符合层，外层是17吨掺钆液体闪烁体和229吨纯水组成的大型外围探测器。

任何从外部入射的粒子，或是从核心区逃逸的粒子，都会先被防护罩捕捉到，从而被直接排除在有效信号之外。

向更高能量区拓展搜索

在过去几十年的暗物质搜索中，科学家大多聚焦在100keV以下的低能区间。

这是因为按照最经典的暗物质弹性碰撞模型，暗物质撞击原子核产生的反冲能量大多落在这个范围。

但近年来，更完善的暗物质相互作用理论，比如有效场论框架、非弹性暗物质模型，这些模型提出，暗物质与原子核的相互作用可能比原先设想的更复杂。

在这些新模型里，高能区的反冲信号占比会明显升高，如果只盯着低能区搜索，就很可能错过关键线索。

正是基于这个思路，LZ团队这次把核反冲的探测能量上限从原先的55keV拓展到了约270keV。

研究使用了2023年3月至2024年4月间采集的220天有效数据，对应总计2.84吨·年的曝光量，在更宽的能量范围内全面搜索暗物质的踪迹。

一个难以解释的异常事件

在施加了所有信号筛选条件之后，数据里出现了一个格外醒目的事件：这个事件的反冲能量约为248keV，统计误差和系统误差各约23keV，信号特征完全符合核反冲的预期，这恰好落在暗物质信号最可能出现的区域。

而根据已知的本底水平估算，这个高能区域本该出现的背景事件数量非常稀少。

不过研究团队没有急于早下结论，而是启动了全面的背景排查，逐一检验所有可能产生类似信号的常规过程：

1、中子和大气中微子确实能产生核反冲，但它们的能谱随能量升高快速下降，要单独产生一个250keV的事件、同时不伴随更多低能事件，概率极低。

2、伽马射线和β衰变是最主要的本底来源，但它们产生的是电子反冲，信号特征和核反冲有明确区分，在这么高的能量下几乎不可能混入核反冲信号区。

3、 两个不相关信号碰巧重叠的偶然情况，以及探测器壁附近的特殊效应造成的假信号，经过定量计算，发生概率也都非常低。

所以，在所有已知的背景机制下，我们无法合理解释这个异常事件。

离发现还有多远

尽管异常信号十分诱人，但粒子物理学界对发现新粒子有极其严格的统计标准：显著性必须达到5σ，也就是随机背景涨落产生同样信号的概率不超过350万分之一。

而这次的结果，在考虑了同时搜索了多种理论模型和多组质量参数的统计修正之后，全局统计显著性只有2.6σ。

换句话说，单纯靠背景涨落产生这个异常的概率大约是两百分之一。

这个置信度足以让科学家高度关注，但远远不足以宣告发现了暗物质。

不过即便如此，这项研究依然有重要的科学价值：它首次在这么宽的高能区间内给出了暗物质与原子核相互作用强度的世界最严限制，排除了一大批理论模型；同时这个异常事件也为后续所有暗物质实验指明了新的搜索方向，更高的能量区间同样值得深入探索。

目前LZ实验仍在持续运行。

更多的数据、更长的曝光时间，最终要么会证实这只是一次罕见的背景涨落，要么会把这个异常积累成真正的物理学发现。

我们拭目以待。