引言：作為被認(rèn)為除了引力作用之外不與任何物質(zhì)發(fā)生相互作用的暗物質(zhì)，如今的科學(xué)界到底嘗試了哪些方法去捕捉他們？進(jìn)展又如何呢？
知識點(diǎn)I：直接探測法
暗物質(zhì)只有質(zhì)量和引力，沒有電磁作用，沒有強(qiáng)作用力，穿透力極強(qiáng)，僅有極小極小的概率與常規(guī)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。暗物質(zhì)粒子（主要是大質(zhì)量弱相互作用粒子WIMP）雖然質(zhì)量很大，但是它們只和探測器中的原子核碰撞，產(chǎn)生非常微弱的閃光現(xiàn)象?，F(xiàn)在常用的探測器是碘化納、鍺、液氙等有較大原子核的物質(zhì)。對于一個100kg的探測器，每天有大概2千億個暗物質(zhì)粒子穿過，可是和探測器內(nèi)的原子核發(fā)生碰撞的不會超過10個。如果這個探測器位于地面，每天會遭遇許許多多宇宙射線粒子的轟擊，發(fā)生多達(dá)一百萬次反應(yīng)。所以為了屏蔽宇宙射線，降低干擾，必須要將探測器深埋在地下盡可能深的地方，同時還需要進(jìn)行特殊處理屏蔽外界的光子、中子等。
位于我國四川西昌地區(qū)錦屏山深處粒子和天體物理氙探測器（縮寫PANDAX，又稱“熊貓計劃”）含有500kg液氙，位于2500米厚的大理巖層以下，是當(dāng)前世界上最深的地下實(shí)驗(yàn)室，也當(dāng)今世界上條件最好的地下暗物質(zhì)粒子探測實(shí)驗(yàn)室。
知識點(diǎn)II：間接觀測法
間接觀測法，又叫空間探測方法。暗物質(zhì)粒子之間會發(fā)生湮滅而產(chǎn)生高能輻射，如伽馬射線、高能正電子、反質(zhì)子以及高能中微子等看得見的普通粒子，根據(jù)探測到的“多余”的以上粒子來反推看不見的暗物質(zhì)粒子。我們的暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星“悟空”進(jìn)行的就是這種探測。間接探測法的難度同樣非常大，原因是暗物質(zhì)的湮滅率正比于暗物質(zhì)密度的平方，而暗物質(zhì)湮滅主要發(fā)生在星系、星系團(tuán)中心或者星體內(nèi)部等暗物質(zhì)密度非常高的地方。其次暗物質(zhì)的間接探測涉及到許多復(fù)雜的環(huán)節(jié)，比如需要知道暗物質(zhì)的分布情況、暗物質(zhì)間湮滅截面的大小以及來自非暗物質(zhì)湮滅過程的背景的大小和性質(zhì)。對于這些問題一方面我們并沒有完全搞明白，另一方面暗物質(zhì)湮滅過程相對于正常物質(zhì)產(chǎn)生的信號是非常微弱和稀少的，想要甄別出來并不容易。
知識點(diǎn)III：空間探測器成果
阿爾法磁譜儀
由美籍華裔諾貝爾物理學(xué)獎獲得者丁肇中先生領(lǐng)銜的項(xiàng)目，中國制造了阿爾法磁譜儀的核心部件——永磁體，它擅長區(qū)分電子、正電子、質(zhì)子、反質(zhì)子、光子等基本粒子，暗物質(zhì)和反物質(zhì)都能測量。2011年，它被“奮進(jìn)”號航天飛機(jī)安裝到國際空間站上后迄今已收集到410億條宇宙射線數(shù)據(jù)，捕捉到1000多萬個電子和正電子，總數(shù)據(jù)量超過556TB，并繪制出高能電子宇宙線能譜（粒子數(shù)量隨粒子能量的分布曲線）。
2015年4月3日，丁肇中團(tuán)隊發(fā)布相關(guān)報告，阿爾法磁譜儀發(fā)現(xiàn)在0.5GeV（5億電子伏特）-10GeV（100億電子伏特）區(qū)間內(nèi)，正電子占正電子和電子總和的比例隨能量的增加而減少；10GeV-500GeV區(qū)間內(nèi)，比例遞增；500GeV后，比例曲線基本變平。不過還沒有測到能譜驟降的情況。（圖中綠色線條）
丁肇中解釋如果有暗物質(zhì)存在，正電子能譜會有6個明顯的特征：1.隨著粒子的能量不斷提高，經(jīng)過一個點(diǎn)后，正電子的能量逐漸增加；2.經(jīng)過某個點(diǎn)后增加的速率，符合特定的非線性關(guān)系；3.在能量得到某一個量級之后，正電子的數(shù)目不斷下降；4.下降速率滿足特定的非線性關(guān)系；5.在某個點(diǎn)上，數(shù)量還會增長，到達(dá)一個拐點(diǎn)后會突然下降，出現(xiàn)一個山峰狀的圖線；6.粒子來自四面八方，而非來自一個源。從丁肇中先生公布的數(shù)據(jù)來看，6個特種中有5個已經(jīng)出現(xiàn)，這些特征都支持正電子來源于暗物質(zhì)，唯獨(dú)那個拐點(diǎn)尚未出現(xiàn)。
“悟空”
在2015年12月27日至2017年6月8日在軌運(yùn)行的530天里共采集了約28億顆高能宇宙射線，其中包含約150萬顆25GeV以上的電子宇宙射線（CREs）。基于這些數(shù)據(jù)，科研人員成功獲取了目前國際上精度最高的電子宇宙射線探測結(jié)果。首先，“悟空”觀測的數(shù)據(jù)覆蓋了從55GeV到2.63TeV的高能電子能量范圍；其次測量到的1萬億電子伏特（TeV）電子的“純凈”程度最高（其中混入的質(zhì)子數(shù)量最少）。第三，最關(guān)鍵的，在0.9TeV的地方有個明顯的“下降行為”，可能就是丁肇中所說的第6個特征。第四，在1.4TeV處一個異常的“尖峰”。但這個能譜是哪種粒子以何種機(jī)制形成的呢？是暗物質(zhì)湮滅或衰變產(chǎn)生還是正常物質(zhì)湮滅產(chǎn)生？目前還不得而知。
知識點(diǎn)IV：加速器探測法
依據(jù)理論，在地面加速器上將粒子加速到極高能段，讓他們相互碰撞，打出新粒子，以期“創(chuàng)造”暗物質(zhì)粒子。歐洲大型強(qiáng)子對撞機(jī)是目前世界上最大的強(qiáng)子對撞機(jī)，目標(biāo)是將兩個反向回旋的質(zhì)子束流進(jìn)行對撞，創(chuàng)造最高達(dá)14萬億電子伏特的總能量。對照宇宙大爆炸理論，大型強(qiáng)子對撞機(jī)的對撞試驗(yàn)可望創(chuàng)造出與宇宙大爆炸之后萬億分之一秒時狀態(tài)，這種極高的碰撞能量會產(chǎn)生異常粒子，包括暗物質(zhì)粒子。但是至今所有的加速器實(shí)驗(yàn)還沒有發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)粒子的跡象。
