这个暗物质粒子信号每年都探测到，为什么还是没人信？

天文学家认为宇宙中超过80%的物质都是“看不见的”，它们几乎不辐射或者吸收任何光线，被称为暗物质。暗物质到底是什么？这个问题已经困扰天文学家和物理学家几十年，迄今依然没有确切的答案。其中一种很受欢迎的理论是暗物质是一种弱相互作用重粒子（weakly interacting massive particles，WIMPs），它的相互作用概率极低，质量又非常大，理论物理中超对称模型预言了这种粒子的存在，而且还预言了这种粒子的总质量，和天文观测所得到的暗物质质量大致相符。这种粒子也存在它的反粒子，它们的湮灭就会产生伽马射线光子，于是人们发射卫星去探测高能伽马射线，试图寻找这种粒子湮灭的信号，其中包括我们国家紫金山天文台的“悟空”卫星。

理论上我们可以计算出WIMPs和普通物质相互作用的概率，虽然极低，但是当普通物质的粒子数量足够多时，我们还是能捕捉到相互作用产生的信号。于是许多的物理实验就是为了直接探测到这种粒子，包括我们国家上海交通大学的PandaX和清华大学的CDEX两个暗物质探测实验。位于意大利大萨索山（Gran Sasso Mountain）中的DAMA实验是这类实验中历史悠久的一个，从1995年就开始运行。它使用碘化钠晶体阵列，通过检测暗物质粒子和原子核碰撞产生的信号探测暗物质的存在。

如果WIMPs弥漫于整个星系中，天文学家们可以计算出太阳系周围的这种粒子的数量，粗略来说，每秒中差不多有几百个WIMPs穿过你的身体。太阳带地球围绕着银河系中心运行，但是相对速度不是一成不变的。六月份地球运动的相对速度比较大的时候，应该会有更多的WIMPs穿过，在12月份，相对速度小的时候，会有较少的粒子穿过。如果探测到暗物质信号，这个信号的强度就会随地球的轨道运动有周期性的变化。

暗物质信号会有周期性的原理。图片来自www.quantamagazine.org

太阳带着地球围绕着银河系中心运动。随着地球的轨道运动，DAMA探测到了周期信号。图片来自www.quantamagazine.org

DAMA实验就宣称探测到了这种变化。早在1997年，当DAMA运行不久，就宣称发现以年为周期的信号。但是，当时很多人并不太相信他们的结果，认为可能是地球或者仪器的原因产生了这个信号。但是这个信号持续七年一直能够探测到。2003年DAMA在经历了升级改造后，依旧能够探测到这个信号。2010年又进行了一次升级，灵敏度进一步提高，最新的结果公布于2018年3月的一次学术会议，DAMA依旧探测到了这个信号。

DAMA探测到的周期信号。图片来自DAMA公布的最新报告

但是，很多物理学家依旧对DAMA的结果持怀疑态度，最重要的原因是，世界上其他的已经公布结果的暗物质探测实验大都没有探测到DAMA所探测到的信号，比如CDMS, LUX 和XENON100，美国的CoGeNT实验宣称发现了类似的信号，但是并不太显著。而且DAMA团组并没有向学术界公开自己的原始数据，以及一些数据分析过程中的细节。最新的结果也存在一些和理论相矛盾的地方，但是如果这个信号不是来自于暗物质，其它的模型也很难产生DAMA观测到的信号。因此，如何理解DAMA探测到这个信号依旧困扰着物理学家。

在未来几年，这一问题有望得到解决。有三个新的暗物质探测实验将会陆续公布结果，它们分别是 ANAIS, COSINE-100 和SABRE，采用的技术手段和DAMA类似。这些独立的实验能够验证DAMA的结果是否来自于暗物质粒子。尤其是SABRE 位于南半球，如果它也能探测到这个信号，可以消除人们怀疑的季节效应。其中COSINE-100和ANAIS有望在今年公布他们的第一个结果。让我们共同拭目以待，看看这个持续20年被探测到的信号到底是什么。

参考资料：

https://www.quantamagazine.org/trouble-detected-in-infamous-dark-matter-signal-20180412/

https://www.scientificamerican.com/article/beguiling-dark-matter-signal-persists-20-years-on1/

https://agenda.infn.it/getFile.py/access?contribId=34&sessionId=1&resId=0&materialId=slides&confId=15474