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今明两年我国将陆续发射多颗空间科学卫星，主要由中国科学院各单位负责研制，其中包括暗物质卫星、硬X射线空间望远镜等空间天文观测设备。让我们期待这些探测宇宙的先锋，带回令人激动的消息。为了帮助广大读者了解新近将升空的暗物质卫星的探测使命，我们专门整理了一批曾在《中国国家天文》发表的关于暗物质的文章。

发现暗物质的时代

通过一系列实验和观测，科学家们或许距离破解一个最复杂的宇宙谜团—暗物质，只有一步之遥了。

深入地下

过去25年里，物理学家们已经在地下深处的矿井里进行了许多实验，希望观测到射入地下的暗物质粒子的微弱碰撞。这些地下实验能够屏蔽绝大多数宇宙射线，而在地表由于宇宙射线的干扰，几乎不可能观测到偶然出现的暗物质粒子。不同于宇宙射线和大多数普通物质，暗物质粒子不会被散射或吸收，能够在地球内部轻易穿行。当一个WIMP粒子穿过地壳到达地下深处的探测器，只有非常微小的机会与探测器中的原子相撞。就像台球桌上的母球，这种碰撞会使WIMP的能量转移到被撞击的目标上，从而产生微小但可被测量的热信号或光信号。有很多科学团队在他们的探测器中使用了不同的材料，使探测器对于不同质量范围的WIMP敏感。这些实验多年来静心等待，期待这种难以捉摸的粒子到来，以便证实其存在。

XENON-100是这些实验中最敏感的之一，它使用161千克液态氙作为WIMP的受撞目标。它深埋在意大利格兰萨索国家实验室地表下1.5千米处。如果暗物质粒子的质量相当于质子的约10到数千倍，那么XENON-100就能够探测到。搜索仍在进行，但2012年7月，XENON团队公布了目前所获的结果，令人印象深刻。尽管XENON-100尚未真正找到WIMP，但没有检测到信号这一事实本身就已经排除了许多理论推测的粒子类型。

近些年，地下探测器的灵敏度以惊人的速度稳步上升。就像描述电脑芯片的运算速度自70年代早期以来，每18个月增加一倍的摩尔定律一样，暗物质探测器在过去12年左右的时间里，灵敏度每15个月就增长一倍。这种趋势很可能在至少未来十年内还将持续，不久就将使探测器强大到可以检验形形色色的WIMP理论。如果在未来5到10年内，这种粒子的信号依然没有被检测到，那么我倒会感到很惊讶了。

实际上，有一个名为DAMA的实验宣称，他们已经探测到了这些粒子。DAMA实验以250千克碘化钠晶体为反应介质，也设置在格兰萨索山的地下。13年来，DAMA观测到的信号呈现季节性变化，夏天出现的多于冬天。DAMA团队认为，这种年度变化是由于地球围绕银河系中心和太阳的轨道运动所致。在北半球的夏季，围绕太阳的公转运动会使地球高速冲入看不见的银河系暗物质的云中，增加WIMP击中探测器的几率。

最近，另外两个合作项目CoGeNT 和CRESST的观测结果似乎支持DAMA的说法，但是其它实验并未检测到类似DAMA实验的WIMP应有的信号。目前，关于DAMA、CoGeNT以及CRESST究竟是的确观测到了暗物质粒子，还是仅仅被一些鲜为人知的背景所干扰以致形成了期待中的信号的假象，科学界尚未达成一致意见。