即使投入数百亿美元建新的对撞机，也可能永远找不到暗物质？(3)

更多候选粒子

当前，人类对于暗物质的搜索，主要集中在一种最简单的候选粒子，即弱相互作用大质量粒子（weakly interacting massive particles, WIMP）。这个“弱”有两层含义，一方面指这种相互作用的强度非常微弱，另一方面也指这种粒子与普通物质之间只存在弱核力相互作用。弱相互作用大质量粒子，是粒子物理标准模型的自然扩展。即便不了解更多的细节，一个“弱”字所包含的信息也足以供物理学家计算出宇宙中有多少这种粒子。在宇宙大爆炸所产生的高温原初物质中，粒子不断地产生和湮灭。宇宙逐渐膨胀，物质的温度随之下降，不同种类的粒子也陆续停止生成，而具体何时停止，取决于粒子的质量。另一方面，粒子还在不断的碰撞中被破坏，碰撞破坏的速率，则取决于粒子之间相互作用的强度。这种破坏持续进行，直到粒子在宇宙中弥散开来，无法再频繁地发生碰撞。

于是，只要给定WIMP的相互作用强度，再加上一些数学运算，我们就可以计算出早期宇宙的“热汤”中所含有的WIMP的数量，这个结果与当今所观测到的暗物质的总量一致。计算结果还表明，WIMP的质量应该是质子质量的数百倍。总的来说，WIMP的性质刚好处于一个最优点。如此良好的性质，被人们称为“WIMP奇迹”。

然而，理想很丰满，现实却很骨感。在经历了无数失败的实验之后，物理学家走投无路，不得不拾起那些曾经被认为不靠谱的理论。

一种可能的情况是，暗物质粒子比之前预料的要重得多。这里包含了一层简单的逻辑：单个粒子越重，那么为了凑足天文观测中推算出的暗物质质量，所需要的暗物质粒子就越少，而正是因为暗物质粒子太少，人类的探测器才没能捕捉到它们。如果情况果真如此，那么物理学家就要尝试用完全不同的方式来搜索暗物质粒子了，比如通过暗物质粒子对暮年中子星或其他天体的影响，来寻找暗物质的踪迹。

另一种可能的情况恰恰相反：暗物质粒子可能太轻了，以至于无法在探测器中留下痕迹。这时，物理学家可以借用太阳这个天然的探测器。太阳在银河系中穿行，扫过暗物质粒子。这些暗物质粒子与太阳中的质子发生散射，会改变太阳的温度分布，从而影响太阳表层气体起伏涨落的湍流运动。我们可以对太阳进行日震学观测。与地震学类似，日震学是一门研究太阳内部扰动的传播以及对太阳表面影响的学科。观测结果表明，太阳中存在某种反常的日震活动，无法用目前的标准太阳模型解释。