一个人类通缉近百年的宇宙幽灵，竟藏身美国南达科他州金矿深处？

在探测暗物质的一次实验中，科学家得到了一个令人吃惊的结果。

我们宇宙总质量的85%、质能总量的27%，是由一种看不见的物质构成的——科学家称这种物质为“暗物质”。人们一直以来都想知道“暗物质”的本质，提出了诸多理论，建设了大量探测装置，但至今未能如愿。

近日埋藏在美国南达科他州地下约1.6千米处的一个实验设施记录到一次发生在亚原子粒子之间的单一相互作用事件，该事件的特征与普通物质应有的表现不一致，研究人员顺理成章地联想到了“暗物质”。虽然认定该事件与暗物质粒子有关为时尚早，但这种异常无疑也能引起人们的关注。

探测到该异常现象的是“圣福德地下研究设施（Sanford Underground Research Facility）”，由一处废弃金矿改造而来。它拥有全球最灵敏的“暗物质”传感器。

自2021年以来，一项所谓的“LUX-ZEPLIN暗物质实验”一直在此进行。实验旨在探测一种被称为“弱相互作用大质量粒子（WIMPs）”的暗物质候选粒子。

LUX-ZEPLIN传感器是一个装满10吨超纯液态氙的圆柱形腔体。它被包裹在额外的探测层和屏蔽层中。探测层和屏蔽层可以用来探测或阻挡背景粒子。弱相互作用大质量粒子与氙原子发生碰撞后会发出闪光并释放出电子，研究人员可以在液态氙腔体的顶部和底部探测到闪光；而电场还会把电子漂移至顶部，并在那里产生二次闪光。

LUX-ZEPLIN传感器是一个装满10吨超纯液态氙的圆柱形腔体。它被包裹在额外的探测层和屏蔽层中。探测层和屏蔽层可以用来探测或阻挡背景粒子。弱相互作用大质量粒子与氙原子发生碰撞后会发出闪光并释放出电子，研究人员可以在液态氙腔体的顶部和底部探测到闪光；而电场还会把电子漂移至顶部，并在那里产生二次闪光。Greg Stewart / SLAC National Accelerator Laboratory

“暗物质”的概念最早是上世纪30年代，由瑞士科学家弗里茨·兹威基（Fritz Zwicky）提出并进行系统研究的。当时他指出，后发座星系团中的星系总质量比单凭对可见星光进行计算所能解释的质量大数百倍。而到了上世纪70年代，科学家薇拉·鲁宾（Vera Rubin）则发现，这种“质量缺失”现象在各类星系身上普遍存在。他们的研究最终使科学家得出结论，认为这类缺失的质量来自由某种不可见的物质。

人们曾经以为那些由普通物质构成的不发光天体，诸如流浪行星、燃尽的恒星、褐矮星和原初黑洞等，就是宇宙的缺失质量所在，但观测结果发现，这类天体的总数不足以弥补“暗物质”造成的亏空。

“弱相互作用大质量粒子（WIMPs）”是当前“暗物质”的主要候选粒子。其他候选者还包括“强相互作用大质量粒子（SIMPs）”和“轴子（axions）”等。

研究人员在勘查了探测器2023年3月至2024年4月之间共计220天内收集的数据后，发现其中一次闪光事件的核反冲能谱（spectrum of nuclear recoil energy），无法在已知背景信号背景下用普通物质加以解释。如果触发这个闪光的是暗物质粒子，那么这种粒子的质量是质子的200多倍。

统计学数据显示，该事件可以用已知背景相互作用加以解释的概率仅约0.5%。但此次探测的显著性水平只有2.6西格马，远低于可被定性为“发现”所需的5西格马——因此要宣称“发现”了暗物质粒子为时尚早；与此同时，单一异常事件同样还不足以解开“暗物质”之谜——要确认该发现，还需要在另一种同位素，比如液态氩中对实验结果进行复现。

除了LUX-ZEPLIN所在的地下设施，全球有很多地下实验设施都在寻找“暗物质”——中国的锦屏地下实验室也是其中之一。中国的“悟空”卫星则负责在太空中探测“暗物质”湮灭留下的痕迹。

2026年1月15日，由中国科学院大学主导的联合科研团队还在《自然》杂志发表重磅成果，利用自主研发的超灵敏“原子照相机”，首次直接观测到中子碰撞诱发的“米格达尔效应”，成功证实了这项长达87年未被实验验证的量子力学预言。该效应能将原本难以探测的“轻暗物质”碰撞信号转化为可观测的电信号，突破了“轻暗物质”探测的瓶颈，为人类捕捉暗物质提供了关键的实验依据。

参考

Search for dark matter particle interactions in an extended nuclear recoil energy window with the LUX-ZEPLIN (LZ) experiment

https://lz.lbl.gov/wp-content/uploads/sites/6/2026/08/LZ_Preprint_260901_Dark_Matter_EFT_Nuclear_Recoil_Search_at_Higher_Energies.pdf

LZ Sees Surprising Result in Search for Dark Matter

https://newscenter.lbl.gov/2026/09/01/lz-sees-surprising-result-in-search-for-dark-matter/