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宇宙，这个浩瀚无垠的神秘舞台，总是让人充满好奇。最近，一项新的研究发表在《物理》杂志上，科学家们在寻找宇宙中“失踪”的85%物质——暗物质上取得了重要进展。这可不是科幻小说里的情节，而是实实在在的科学探索。
图释：图片来源：Matthew Kapust / Sanford Underground Research Facility
暗物质，这个名字听起来就充满了神秘色彩。它不同于我们熟知的星星、气体和星系，而是通过引力效应间接被探测到。想象一下，如果宇宙是一个大舞台，那么暗物质就是那个幕后的导演，虽然我们看不见它，但它对整个宇宙的运作有着决定性的影响。
图释：在地上实验室中进行 LZ 实验的中央探测器，然后运送到地下。图片来源：Matthew Kapust / Sanford Underground Research Facility
科学家们通过一个名为LUX-ZEPLIN（简称LZ）的暗物质实验，试图揭开暗物质的神秘面纱。这个实验团队由来自世界各地的约250名科学家组成，他们报告了最新的研究成果。虽然目前还没有找到暗物质的直接证据，但他们已经设定了迄今为止最严格的限制条件，并且证明了他们的探测器工作正常，未来有望获得更好的结果。
那么，暗物质到底是什么呢？目前还没有确切的答案。科学家们提出了许多理论，从奇异的未知粒子到微小的黑洞，甚至是对我们引力理论的根本改变。其中，最流行的理论之一是暗物质由所谓的“弱相互作用大质量粒子”（WIMPs）组成。这些相对重的粒子可以产生观测到的引力效应，并且非常罕见地与普通物质相互作用。
为了验证这个理论，科学家们认为这些粒子一直在穿过地球。大多数情况下，它们会无阻碍地穿过，但偶尔一个WIMP可能会直接撞击到原子核，而这种碰撞正是科学家们试图捕捉的。
LZ实验位于美国南达科他州一个旧金矿地下约1500米处。将实验放置在地下深处有助于尽可能减少背景辐射。实验包括一个大型的双层罐，里面装有7吨液态氙，这是一种被冷却到175开尔文（-98°C）的惰性气体。如果暗物质粒子撞击到氙原子核，它应该会发出微小的闪光。探测器有494个光传感器来探测这些闪光。
当然，暗物质粒子并不是唯一能产生这些闪光的东西。周围环境的背景辐射，甚至是罐子和探测器本身的材料，都可能产生闪光。因此，确定我们是否看到了暗物质的迹象，很大一部分工作是将这种背景辐射与更奇特的现象区分开来。为了做到这一点，科学家们进行了详细的模拟，模拟了我们在有无暗物质的情况下预期看到的结果。
最新的结果显示，没有发现暗物质的迹象。然而，这些结果让我们排除了很多可能性。科学家们发现，没有质量超过1.6×10^-26千克的粒子的痕迹，这大约是质子的10倍重。这些结果基于探测器280天的观测数据。最终，科学家们的目标是收集1000天的数据，这将使他们能够寻找更难以捉摸的潜在暗物质粒子。
如果我们幸运的话，新的数据中可能会发现暗物质。如果没有，科学家们已经开始为下一代暗物质实验制定计划。XLZD（XENON-LUX-ZEPLIN-DARWIN）联盟计划建造一个几乎是当前探测器10倍大的探测器，这将使我们能够更深入地探索这些无处不在但又难以捉摸的粒子可能隐藏的空间。
