1997年,在意大利一座地下实验室里,研究人员记录到一种奇怪的信号。
这个信号并不是偶尔出现,而是每年都会发生一次规律性的变化
对很多物理学家来说,这种变化非常熟悉。
理论预测,如果暗物质粒子不断穿过地球,那么随着地球绕太阳公转,探测器与暗物质“风”的相对速度会发生变化。
这种变化就可能表现为一种一年一次的周期信号
因此,当研究人员第一次看到这种数据时,一个非常大胆的解释很快被提出:
这可能是暗物质留下的痕迹。
如果这个解释是真的,那意味着一件非常惊人的事情——
人类也许早在上世纪90年代,就已经直接探测到了暗物质
但接下来发生的事情,却让整个物理学界困惑了几十年。
一个实验看到,其他实验却看不到
提出这一发现的是一个名叫DAMA的实验。
它使用一种碘化钠晶体探测器,通过记录粒子撞击晶体时产生的微弱信号来寻找暗物质。
更重要的是,这种年度变化并不是偶然出现的。
在随后的多年观测中,DAMA团队始终报告看到类似的周期信号。
如果这真的是暗物质,那么其他实验理论上也应该看到同样的现象。
问题是——
他们没有。
几十年来,世界各地建立了大量暗物质探测器。
实验技术不断进步,探测灵敏度也越来越高。
但无论是液氙探测器,还是锗探测器,几乎所有实验都没有观察到类似的年度变化。
于是一个奇怪的局面出现了:
一个实验说自己看到了暗物质,
而其他几乎所有实验都说没有看到。
这场争论就这样持续了将近30年。
关键问题:材料不同
后来有人提出一种可能。
也许暗物质只会和碘化钠晶体发生这种特殊相互作用。
而DAMA恰好使用的就是这种材料。
如果这个猜测是对的,那么使用其他材料的实验自然看不到同样的信号。
要验证这个想法,最直接的方法其实很简单:
用同样的材料,再做一遍实验。
两个“复制版”实验
于是,两个新的实验相继建立起来。
一个在韩国,叫COSINE-100
另一个在西班牙,叫ANAIS-112
这两个实验最关键的一点是:
它们使用的探测材料和DAMA完全一样——碘化钠晶体。
同时,研究人员还改进了一些技术,以降低背景噪声并提高探测精度。
如果DAMA看到的信号真的是暗物质,那么这些实验理论上也应该看到类似的年度变化。
但结果并没有出现。
数据告诉了一个不同的答案
在运行了几年之后,COSINE-100和ANAIS-112分别公布了自己的数据分析结果。
两个实验都没有发现任何明显的年度调制信号。
最近,研究人员又做了一次更严格的分析:
他们把两个实验的数据合并在一起,进行统一统计。
结果依然非常清楚:
没有发现暗物质信号。
这意味着一个重要结论:
DAMA实验中的年度变化很可能不是暗物质造成的
那么DAMA到底看到了什么?
这个问题现在仍然没有确定答案。
有些科学家认为,可能是环境因素造成的周期变化。
也有人怀疑,信号可能来自实验系统中的某些背景噪声。
无论原因是什么,这个持续了近30年的争议现在基本有了结论。
那个曾经被认为可能来自暗物质的信号,
很可能只是一次误判。
暗物质仍然没有被找到
当然,这并不意味着暗物质不存在。
天文学观测已经非常清楚地表明,宇宙中绝大部分物质都是看不见的暗物质。
只是到目前为止,人类仍然不知道它究竟是什么。
几十年来,科学家已经提出了许多可能的候选粒子,也建立了大量实验试图寻找它们。
DAMA的故事提醒人们一件事:
在科学研究中,一个看起来非常诱人的信号,有时需要几十年的检验,才能确认它到底是真实发现,还是一个误会。
而暗物质真正的答案,可能仍然隐藏在宇宙深处,等待下一次实验去揭开。
(参考:N. Carlin et al, Combined Annual Modulation Dark Matter Search with COSINE-100 and ANAIS-112,
Physical Review Letters
(2025). DOI: 10.1103/9j7w-qp1c. On
arXiv
: DOI: 10.48550/arxiv.2503.19559)
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