暗物质 （约克郡，伯毕）（第1 / 7页）
尼尔的地图记录了伯毕矿场的巷道和避难洞，乍看像蜻蜓的翅膀一样，纹路精巧、结构复杂。慢慢地，我的目光陷进了它精密的编码之中。
地图上，英格兰东北海岸线是一条从西北绵延到东南的淡淡灰线：与实际地形无关，在这张图上，它只起定位的作用。就伯毕来说，两个圆圈标出嵌入基岩的两个矿井，由此进入复杂的地下通道网。该通道网从中心分别向东北和西南蔓延，形成了蜻蜓的两翅。通道的西南支处于荒野和山谷下方，延伸至北约克郡深处。东北支则在北海下伸展，越过大洋航线，抵达辽阔的公海。
暗物质对宇宙中的所有存在都至关重要，它将所有结构凝聚在一起。没有暗物质，超星系团、星系、行星、人类、跳蚤和细菌都将不复存在。证明和解码暗物质的存在，正如肯特·迈耶斯（Kent Meyers）所言，相当于“发现一种新秩序、一个新宇宙，在那里，对光明和黑暗的认知都将被颠覆”<a id="noteBack_27" href="#note_27">[2]</a>。
暗物质物理学家的工作，处于可观测世界与想象世界的边缘。他们不断追踪暗物质在可观测世界留下的蛛丝马迹。这种工作是艰难的、带有哲学性质的，需要耐心，甚至需要某种信仰。身兼暗物质物理学家和诗人双重身份的丽贝卡·埃尔森（Rebecca Elson）说：“所有的一切，仿佛都是萤火虫/通过它们，你能窥见整片草地。”<a id="noteBack_28" href="#note_28">[3]</a>
目前，人们推测最有可能构成暗物质的粒子是“弱相互作用大质量粒子”（Weakly Interacting Massive Particle），简称WIMP。据估计，WIMP质量很大（是质子质量的一千多倍），它们形成于宇宙诞生之后的几秒内，数量极其庞大，从而产生宇宙中那些无法被观测到的巨大质量。
WIMP和有“幽灵粒子”之称的中微子一样，对重子物质的世界视而不见。每一秒钟都有数以万亿计的WIMP穿过我们的五脏六腑和大脑。中微子也在不碰触任何单个原子的情况下，以类似的方式穿过地壳、地幔和坚实的铁镍地核。对这些粒子来说，我们才是幽灵，我们的世界才是影子世界，由看不见的网络构成。物理学家面临的最大挑战是如何驱使这种难以捉摸的粒子参与实验，如何编织一张网捉住这些“迅敏的鱼”。解决方案之一就是到地下去。世界各地都建立了地下实验室来侦测WIMP，侦测中微子与重子物质发生作用的证据，这些实验就像在寻找鬼魂。而将实验室安置在地底深处，是因为周围的岩石能够屏蔽物理学家口中的“噪音”。
日常粒子在空气中滚动产生了“噪音”。原子世界中，每天都有大量粒子在空气中穿梭，非常喧闹。放射性活动的“声音”更是震耳欲聋，宇宙射线渺子也是噪音之一。要捕捉那微乎其微甚至几近不存在的声音，耳边有人敲着大鼓肯定不行。要听到宇宙诞生之初的那一声呼吸，从实验角度来说，你必须到地下去，沉入宇宙中最安静的地方。
距地面逾半英里深的地下，有一条半透明的银色岩盐带，这是约两亿五千万年前，英国北部陆缘海蒸发后留下的遗迹。如今，这里有一间实验室，一位年轻的物理学家正试图望向虚空。
他坐在电脑屏幕前，近旁有一个巨型银色立方体，是DRIFT探测装置，一个呼吸捕捉器。他正奋力捕捉远在地球若干光年之外，由天鹅座传来的粒子风那微弱的呼吸。
这位青年物理学家要找寻一种特殊物质在宇宙中存在的证据，这种物质实在神秘莫测，目前为止，我们所有想要探究或呈现它的努力，都被它吞噬得一干二净。它不与光沟通，甚至不一定存在，我们称这种物质为——“暗物质”。位于地下深处的这个实验室是他唯一能开展研究的地方。上方三千英尺厚的岩盐、石膏、白云石、泥岩、粉砂岩、砂岩、黏土和表层土，让这里与世隔绝。<a id="noteBack_26" href="#note_26">[1]</a>
他的工作真是个悖论，要研究星辰，必须远离太阳。不过，有时黑暗让人看得更清楚。
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在日本某个废弃矿场地下半英里处，有一个已有两亿五千万年历史的片麻岩石穴，这里建有一个不锈钢池，里面装着五万吨超纯水。一万三千个光电倍增管像一只巨大的复眼，密切观察着这些水，寻找微闪的蓝光。这种蓝光叫“切伦科夫辐射”。当一个原子被中微子撞击，原子的电子会向四处散开，其速度可超光速。这些四散的电子被称作“湮灭产物”，它们在水中移动时会产生短暂的蓝光。光电倍增管组成的复眼寻找的，是“幽灵粒子”存在的间接证据：不是中微子本身，也不是被撞击的原子或四散的电子，而是原子遭遇“幽灵撞击”后留下的蓝色光晕——湮灭的余晖。这个片麻岩石穴被称为“瞭望台”，尽管位于地下深处，它的职责却是“占星”——持续监测银河系中的超新星是它的众多任务之一。
在美国南达科他州一个已经采空了的露天金矿里，有一座六英尺高的真空仓，里面装着过冷液氙，真空仓的周围是盛有七万一千六百加仑去离子水的钢焊池。这里也设置了光电倍增管，捕捉因偶然的WIMP撞击产生的单个光子和电子。氙气是惰性气体，原子半径较大。低温条件下，氙的密度会变得极大，那些大质量原子紧紧挨在一起，形成更加紧密的横截面，这样一来，粒子穿过时，发生WIMP撞击的可能性就提升了。这里地形倾斜，原本是为了寻找稀有且昂贵的金属而开凿的，现在寻找仍在继续，目标却变成了另一种物质，它超出我们的想象，却在现世毫无价值。
英国约克郡海岸的小村庄伯毕附近，有一处一九七三年开始运营的钾碱和岩盐矿，其下更深处的盐穴里，正在进行一场名为“轨道定向性反冲识别”（Directional Recoil Identification From Tracks）的暗物质探测实验，简称DRIFT。
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尼尔·罗利将他的地下世界地图在桌上摊开，用四块石头分别压住四角，每放一块便念出石头的名字：钾盐、岩盐、杂卤石、方硼石。他将地图从中心向四周抚平。尼尔是矿场安全专家，曾在煤矿工作，现在又来到钾盐矿。他喜欢诗人W. H.奥登（Wystan Hugh Auden），也喜欢地图和采矿。
二十世纪三十年代初，一位名叫弗里茨·兹威基（Fritz Zwicky）的瑞士天文学家在加州理工学院用望远镜研究星系团时，发现了一个极为异常的现象。星系团是因引力而聚集在一起的星系，兹威基的工作之一就是，测量多个星系绕星系团中心旋转的轨道速度，进而推算出星系团的整体质量。兹威基发现，星系的旋转速度比预计要快得多，尤其是那些靠近外缘的。理论上，这样的速度产生的离心力会打破星系之间的引力束缚，使星系团解体。
兹威基认定，只可能有一种解释——还有某种质量巨大的引力源存在，它在所有可观测天体高速运转的情况下维持着星系团的稳定。究竟是什么提供了如此强大的引力场，能把这么多星系绑定在一起？为什么他无法观察到这些“缺失质量”呢？兹威基没有找到答案，可自从他提出这些问题，一场持续至今的“捕猎”便开始了。那些“缺失质量”就是“暗物质”，证明暗物质的存在并了解其性质，是现代物理学追寻的“圣杯”之一。
该如何寻找暗物质呢？它有质量，因此能产生引力，但它并不辐射、反射或吸收光。自兹威基以来，关于暗物质存在的一切依据都是靠推断获得的，人们没有直接探测到暗物质，只能根据发光天体这类可观测对象所受的影响来分析。想了解这种无影无踪的物质，只能透过它出现所带来的后果，而不是其本身。
比方说，我们现在已经知道，暗物质会影响旋涡星系的自转曲线，使星系中所有天体无论距引力中心多远，都以大致相当的速度旋转。我们还知道，暗物质会让经过星系附近的光发生弯曲，造成“引力透镜效应”。爱因斯坦（Albert Einstein）在广义相对论中提出，质量会导致时空弯曲，而光线会沿着弯曲的空间传播，因此当光经过像星系这样的大质量实体附近时，就会发生比较明显的弯曲。不过正如之前所说，兹威基观测到的星系团旋转速度极快，光的弯曲程度也非常大，这种现象仅归因于星系中的可见物质，是解释不通的。因此，一定存在某种没有被观察到的物质。它们大量存在于可见星系周围，能够弯曲时空、制造引力透镜效应，却又不可见，天体物理学家称之为“暗物质晕”。
这类观察表明，宇宙中仅有约百分之五的物质是可被触摸、可被看见，或可被仪器观测到的。这些物质构成了石头、水、骨头、金属、大脑，构成了木星上的氨气风暴和土星的碎石环。天文学家将这些物质命名为“重子物质”，因为它们的质量主要由质子和中子这两种常见重子组成。据推测，约百分之六十八的宇宙质量由“暗能量”构成，这种神秘力量似乎加速了宇宙的持续膨胀。剩余约百分之二十七则由暗物质构成，其粒子与重子物质之间几乎不发生任何作用。