暗物质的探查手段

即使暗物质粒子与常规物质仅有微弱的相互作用，暗物质粒子也有可能被精密的实验仪器探测到。科学家采用的探测手段可以分为三类：一是探测暗物质粒子直接与探测器中的物质发生相互作用，称为“直接探测”；二是寻找宇宙中暗物质自身衰变或湮灭产生普通物质的信号，称为“间接探测”，三是探寻粒子对撞机中人为产生的暗物质粒子，称为“加速器探测”。

（1）直接探测。如果暗物质是由微观粒子构成的，那么每时每刻都应该有大量的暗物质粒子穿过地球。如果其中一个粒子撞击了探测器物质中的原子核，那么探测器就能检测到原子核能量的变化并通过分析撞击的性质了解暗物质属性。然而，对于弱相互作用有质量粒子（WIMPs）来说，由于它们与普通物质之间的相互作用极其微弱，被探测器捕捉到的概率也十分微弱。为了最大限度地屏蔽其他种类宇宙射线的干扰，暗物质直接探测实验往往在地下深处进行。全世界有数十个暗物质地下探测实验在进行中。尚未有直接探测试验发现暗物质粒子存在的确凿证据。这些实验的结果有力地限制了暗物质粒子的质量和相互作用强度。

（2）间接探测。既然在银河系中存在着大量的暗物质粒子，那么应该可以探测到它们湮灭或衰变所产生的常规基本粒子，间接探测就是在天文观测中寻找这种湮灭或衰变信号，包括宇宙线中的高能的伽马射线、正负电子、正反质子、中子、中微子以及各种宇宙线核子。采取间接探测手段的实验可以是利用卫星或空间站搭载的空间探测器直接收集宇宙线粒子，或者是在地面观测高能宇宙线粒子进入地球大气时产生的簇射或切伦科夫光效应。通过分析宇宙线中各种粒子的数量和能谱，可以提取出宇宙中暗物质衰变或湮灭的信息。暗物质间接探测的难度在于宇宙中有众多并非由暗物质产生的高能射线源，并且宇宙线从产生到抵达地球附近要经历一个复杂的传播过程。当前对宇宙线的产生与传播过程的理解尚不全面，这给在宇宙线中寻找暗物质信号带来了挑战。全世界有多家暗物质空间探测实验在进行中。

（3）对撞机探测。另一种寻找暗物质的方法是在实验室产生暗物质粒子。在高能粒子对撞实验中，可能会有尚未被发现的粒子包括暗物质粒子被产生出来。如果对撞产生了暗物质粒子，由于其难以被探测器直接检测到，会导致被探测器检测到的对撞产物粒子的总能量和动量出现丢失的现象。这是产生了不可见粒子的一个特征。再结合直接或间接的探测手段，可以帮助确定对撞机中产生的粒子是否为暗物质粒子。