题目指的是暗物质研究进入活跃期。

一个礼拜前，一个美国地下探测暗物质实验组，名为CoGeNT，声称看到了暗物质踪迹，置信度2.8标准误差，也就是比99.5%稍小一点。在物理实验中，这种置信度远远不足以说明问题，因为什么事都可能发生，最可能发生的事情是实验仪器和手段本身带来的不准确度，当然，千分之五的例外涨落导致虚假的发现也会发生。所以当五月三日的消息从网上传来时，并没有多少人认真对待。五月五日，我恰好在科学院高能物理研究所参加一个战略研讨会，研讨会的一个中心议题就是暗物质探测，因为中国正在进行类似的实验。我问我的同行专家们，他们并没有表示任何兴奋（因发现）或沮丧（因可能失去发现的优先权）。

CoGeNT是一串英文单词的缩写，大意是一致性中微子锗探测技术，其中锗是关键词，因为探测器就是锗晶体（我们后面还会提到）。实验装置位于美国明尼苏达州Soudan矿的地下七百米处。这个实验声称，他们证实了位于意大利的一项进行了13年之久的实验，即DAMA/LIBRA，后者实验人员几年来一直说他们探测到了暗物质，置信度非常高。这两个实验有一个共同点，就是不是直接探测暗物质粒子撞击锗原子的的单个具体事例，而是观测到探测器结果随季节在变化。为什么暗物质撞击探测晶体会随季节变化呢？因为在暗物质理论中的一个流行观点是，我们银河系中存在一个暗物质晕，在太阳系这个尺度上暗物质粒子密度基本是均匀的。由于地球相对太阳的速度在不同季节是不同的，例如冬季地球的运行方向与夏季的运行方向恰好相反，这样，地球相对银河系的速度随着季节在变化。所以，在不同的季节，暗物质粒子相对地球的平均速度是不同的，撞击探测晶体的结果当然也是不同的。位于意大利的DAMA实验和位于明尼苏达的CoGeNT实验在夏季看到的撞击闪烁比在冬季看到的多。

CoGeNT不是第一次发表探测到暗物质踪迹文章。他们去年二月份发表过类似的结果，但这次发表的结果是15个月的实验，可信度更高。他们说暗物质粒子的质量大约是质子质量的7倍左右。有趣的是，去年五月份，同样位于意大利的另一个实验，XENON100（氙100），发表了与当时CoGeNT实验完全不同的结果，CoGeNT领导人很生气，要求氙100撤销他们的文章，但氙100还是在物理学权威刊物《物理评论快报》上发表了他们文章。所以，今年CoGeNT发表的新结果可以看成是两家实验竞争的新进展，目前CoGeNT领先了一步。

暗物质和暗能量是目前基础物理学以及天文学的两大问题，神秘莫测。暗能量是老大哥，看起来占了整个宇宙能量的70%，暗物质是老二，比可见物质多了大约4倍。也就是说，银河系中暗物质晕所含的质量其实比我们看到的银河中恒星所含的质量要多得多。这也是暗物质被天文学家“发现”的原因。虽然我们到现在还没有看到或探测到神秘莫测的暗物质，但暗物质有质量，和恒星一样会产生万有引力，暗物质粒子的存在导致银河系中恒星围绕银河系中心运动的速度变大。（以更大离心力来平衡更强的万有引力）

目前的流行观点认为，暗物质是粒子组成的，这些粒子通常比较重，但除了参与万有引力外几乎与物质不发生任何相互作用，如果有其他相互作用，也很弱。经常有人问我，你为什么断定暗物质相互作用很弱？理由很简单，如果暗物质相互很强，那么在宇宙早期暗物质粒子早就衰变了。另外，地下实验到目前为止还没有看到暗物质踪迹（除了DAMA和CoGeNT实验），这直接地告诉我们暗物质与物质之间的作用是非常弱的。

那么，人们是如何在地球上探测暗物质粒子的呢？通常我们假定暗物质与物质之间还存在着某种很弱的相互作用，否则我们永远不可能直接探测到它们。在地球上，我们通常用液体或固体晶体来做探测器。当暗物质打到探测器的原子核上，在发生作用的情况下，原子核会反冲，原子核的反冲是可以直接探测到的。在排除了原子核反冲是其他原因导致的情况下（例如矿中衰变物质产生的中子与探测器原子核发生的反应），我们就能得出原子核被暗物质冲击了的结论。目前，用来做探测器最流行的有两种物质，一种是晶体锗，一种是液体氙。声称探测到暗物质的CoGeNT实验用的是锗，其反方氙100实验用的是液体氙。

中国在近两年加入了探测暗物质竞赛。在四川西南部的锦屏山下，清华大学和上海交通大学正在设计两个独立实验，前者用锗，后者用氙，目前进展顺利。下面是我去年夏天访问这个地下实验室后写下的记录：“这次去了成都和位于凉山的中国锦屏极深地下实验室。 在成都，四川大学承办了暗物质研讨会，我学到了不少东西，不具。 11号去锦屏地下实验室参观，当天我用手机发了三条微博： 1、今天参观中国第一个地下实验室，探测暗物质，位于锦屏山二滩水电站一个长17.5公里隧道中间，岩石深度2500米。二滩水电站建成后日发电近两亿度。 2、看了隧道，我觉得方舟真该在中国造。 3、锦屏水电大坝，三百多米高，不得了。 地下实验室是清华和二滩水电站联合开发的，最初的实验包括清华大学的锗探测器和上海交通大学的液氙探测器。实验室建造已临近收尾阶段。”

这两个实验最终设计无论探测器的规模还是山的有效深度，都是最领先的。我希望，在下一次有机会拜访锦屏地下实验室的时候，他们已经有了具体实验结果。

（《新发现》专栏，勿转）

CoGeNT实验所用的锗晶体

氙100实验的液体氙容器

暗物质直接探测实验分布图