尋找宇宙之謎「暗物質」！地底1.6公里捕捉神祕微光，美科學團隊首見暗物質「可能跡象」

人類追尋宇宙神祕「暗物質」的探索迎來關鍵進展，科學家在美國南達科他州深約1英里（約1.6公里）的地底實驗中，首次觀察到「暗物質」的蛛絲馬跡。《路透》指出，這可能是科學界「首次窺見暗物質的跡象」，不過研究團隊也強調，目前僅記錄到單一碰撞事件，尚未跨過認定新發現的統計學門檻。

這項名為「LUX-ZEPLIN」（簡稱 LZ）的暗物質探測實驗，設於南達科他州黑丘（Black Hills）地區一座由廢棄金礦改建的桑福德地下研究設施（Sanford Underground Research Facility），隸屬美國能源部旗下的勞倫斯柏克萊國家實驗室（Lawrence Berkeley National Laboratory）。

研究團隊1日在日本舉行的科學研討會正式發布成果，研究論文已提交至學術期刊《物理評論快報》（Physical Review Letters）。

在宇宙所有的物質當中，構成恆星、行星、人體與一切肉眼可見之物的「普通物質」（ordinary matter ）僅佔約15%；其餘高達85%被認為是既不發光也不反射光、人類肉眼與望遠鏡皆無法觀測的「暗物質」（dark matter）。雖然這種存在根本看不見，但物理學界從「暗物質」在星系尺度所產生的重力效應，確信其必然存在。

LZ實驗正是為了捕捉暗物質與普通物質之間極為罕見的交互作用而設計，並專門針對熱門候選粒子「大質量弱交互作用粒子」（WIMP，Weakly Interacting Massive Particle）進行探測優化。

科學家設計的實驗，在大型圓柱形探測容器內灌注了10噸化學元素「液態氙」（liquid xenon），希望能捕捉暗物質撞擊氙原子後的散射現象：當粒子發生散射時，探測器會記錄到閃光，分析閃光的物理特性便能推斷與氙原子產生反應的粒子類型。

團隊指出，探測器記錄到一起氙原子與外來粒子的交互作用，其過程完全符合理論上WIMP粒子的碰撞行為。觀測顯示，疑似WIMP的粒子撞擊了氙原子核，轉移了極微小能量並產生微弱的紫外線閃光，同時撞擊促使氙原子核向前猛然反彈，形成物理學上的「核反衝」（nuclear recoil）。

儘管信號符合預期，但研究團隊對結論極為克制。該研究主筆、英國布里斯托大學（University of Bristol）粒子物理學家艾力克森（Sam Eriksen）表示：「這可能是人類觀察到暗物質的第一道暗示。」但他同時強調：「至關重要的是，這僅僅是一起單一事件，我們並沒有宣稱這就是暗物質。」

團隊目前正全力排除其他背景干擾的可能性，加州大學洛杉磯分校（UCLA）天體物理學家、研究共同作者卡瑪哈（Alvine Kamaha）指出：「我們眼前可能正看著某種非凡的現象，但在得出最後結論前，我們必須保持極致嚴謹。」科學家至今對暗物質的本質仍不確定，正如他們無法完全參透的「暗能量」（dark energy）一樣。目前的主流假說認為，暗物質是由宇宙早期生成且留存至今的某種粒子構成。

卡瑪哈表示：「每秒鐘可能有數以百萬計的暗物質粒子穿過人體，但幾乎從不會與我們體內的任何原子發生交互作用」、「當我們觀察星系與星系團時，發現它們的運作方式顯示其質量遠大於可見物質。雖然看不見暗物質本身，但我們看得到它的重力作用。暗物質就像促成銀河系誕生的『宇宙膠水』；如果沒有暗物質，宇宙演化將完全改觀。」 （相關報導： 「我們要提醒所有航空公司！」澤倫斯基警告：俄羅斯領空不再安全，烏克蘭正大量部署無人機 ｜ 更多文章 ）

卡瑪哈表示，科學界目前主要透過三種途徑追尋「暗物質」：一是研究其對星系與宇宙的重力效應；二是利用粒子加速器嘗試製造暗物質粒子；三是透過深埋於地底的探測設備（如LZ實驗）進行直接偵測，利用厚重的地層屏障阻絕宇宙射線等背景雜訊，靜候暗物質與普通物質發生罕見碰撞的瞬間。