科學家在最新一輪與暗物質的捉迷藏中失敗了，但他們並沒有退出遊戲。
儘管有大量證據顯示宇宙中潛藏著一種看不見的奇異物質，但數十年的搜尋仍未能明確探測到暗物質的單一粒子。 雖然一些科學家繼續致力於設計越來越大的探測器來捕捉粒子，但其他科學家開始考慮暗物質可能是什麼的更廣泛的可能性。
伊利諾州巴達維亞費米實驗室的理論天文物理學家丹‧胡珀(Dan Hooper) 表示：「這些年來，我們一直在尋找最好的猜測告訴我們該尋找的地方，現在我們開始懷疑我們是否猜錯了。
暗物質遍布宇宙：這種物質可以防止星系飛散，並在宇宙中最古老的光——宇宙微波背景光中留下了印記，其歷史可以追溯到大爆炸後僅 38 萬年。 來自暗物質引力影響的間接證據表明，它構成了宇宙質量的大部分。 但如果不直接檢測暗物質，科學家就無法確定它是什麼。
在八月和九月發表的新結果中，三個科學家小組空手而歸，沒有發現暗物質的跡象。 這三項實驗尋找一種特殊的暗物質——被稱為 WIMP 的假設粒子，或弱相互作用的大質量粒子，其可能的質量範圍是質子的幾倍。 弱相互作用粒子，儘管名字如此，卻是暗物質的巨頭——長期以來，它們一直是宇宙質量缺失的最受青睞的解釋。 人們認為弱相互作用粒子只能透過弱核力和引力與正常物質相互作用。
弱相互作用粒子的部分吸引力來自於一個著名但未經驗證的理論——超對稱性，該理論獨立地預測了此類粒子。 超對稱性假設每個已知的基本粒子都有一個更重的夥伴； 最輕的夥伴粒子可能是暗物質 WIMP。 但超對稱性的證據尚未在日內瓦大型強子對撞機的粒子碰撞中具體化，因此超對稱性的受青睞地位正在被侵蝕（SN：2016 年 10 月 1 日，第 10 頁 12）。 因此，關於 WIMP 的超對稱論點變得更加站不住腳——特別是因為 WIMP 沒有出現在探測器中。
科學家通常透過尋找探測器內正常物質的相互作用來尋找 WIMP。 目前的幾個實驗使用液態氙罐（地球大氣中存在微量元素），希望能夠檢測到弱相互作用粒子撞擊氙核並導致其反沖時釋放的微量光和電荷。
三個氙氣實驗是大型地下氙氣燈，或 LUX，實驗，位於南達科他州利德市的桑福德地下研究設施； 這PandaX-II實驗，位於中國四川錦屏地下實驗室； 和XENON100實驗，位於義大利格蘭薩索國家實驗室。 這三個地點的科學家小組都報告沒有暗物質粒子的跡象。 這些實驗對質量約質子 40 或 50 倍的粒子最為敏感。 科學家不能完全排除這些質量的弱相互作用粒子，但相互作用肯定是極為罕見的。
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在最初的搜尋中，弱相互作用粒子的支持者預計這些粒子很容易找到。 「人們認為，『好吧，我們運行探測器五分鐘，發現暗物質，我們就完成了，』」紐約奧爾巴尼大學的物理學家馬修·西達吉斯 (Matthew Szydagis) 說，他是勒克斯。 這已經變成了幾十年的艱苦努力。 由於弱相互作用粒子始終未能出現，一些科學家開始不再那麼迷戀這些粒子，而是更仔細地考慮其他可能性。
現在引起更多關注的另一種暗物質競爭者是軸子。 這種粒子最初是在幾十年前提出的，作為解決被稱為強CP問題的粒子物理困境的一部分——這個問題是為什麼將粒子聚集在原子核內的強核力會平等地對待物質和反物質。 如果暗物質由軸子組成，那麼該粒子就可以同時解決兩個問題。
軸子就像暗物質一樣小——它們的質量可以小到弱相互作用粒子質量的十億分之一。 這些粒子的相互作用非常微弱，以至於極難檢測到。 如果軸子是暗物質，「你坐在一個巨大而密集的軸子海洋中，你甚至不會注意到它們，」軸子暗物質實驗的領導者、西雅圖華盛頓大學的物理學家萊斯利·羅森伯格說。 在最近對實驗進行升級後，ADMX 科學家正在使用磁場和特殊設備來尋找暗物質軸子，以誘導粒子轉化為光子，然後可以檢測到光子。
儘管弱相互作用粒子和軸子仍然是領跑者，但科學家已經開始超越這兩種可能性。 在輕如羽毛的軸子和巨大的弱相互作用粒子之間，存在著廣泛的質量範圍，但尚未被充分探索。 加州勞倫斯伯克利國家實驗室的理論物理學家凱瑟琳祖雷克表示，科學家最喜歡的理論並不能預測具有如此中等質量的暗物質粒子，但這並不意味著在那裡找不到暗物質。 祖雷克主張對廣泛的群眾進行多樣化的研究，而不是專注於某一特定的理論。 「暗物質直接檢測並不是一刀切的，」她說。
核反沖
氙暗物質實驗是透過觀察導致氙核反沖的暗物質相互作用來進行。 理論上，這種相互作用會釋放光子（橙線）和電子（紅線），從而產生兩個連續的光脈衝，可以透過探測器頂部和底部的光檢測光電倍增管（圓圈）觀察到，如圖所示LZ實驗示意圖。
在發表於的兩篇論文中物理評論快報1 月 7 日和 9 月 14 日，Zurek 和同事提議使用超導體－允許電流無阻力流動的材料- 和超流體，允許流體無摩擦地流動，探測光暗物質粒子。 「我們正在努力盡可能擴大尋找暗物質的工具，」祖雷克說。 同樣，即將在加拿大薩德伯里的地下實驗室進行的超低溫暗物質搜尋 SNOLAB 實驗的科學家將使用由鍺和矽製成的探測器來搜尋質量比氙實驗更小的暗物質。
科學家們並沒有放棄氙 WIMP 實驗。 很快，其中一些實驗將擴大規模——從數百公斤液態氙增加到數噸——以提高捕捉飛行中暗物質粒子的機會。 XENON100 的下一個版本，XENON1T 實驗（發音為「XENON one ton」）即將準備好開始獲取數據。 LUX 的下一代實驗被稱為 LUX-ZEPLIN 或 LZ，計劃於 2020 年開始。 物理學家仍然樂觀地認為這些探測器最終將找到難以捉摸的粒子。 「也許我們將有機會看到一些沒人見過的東西，」PandaX-II 的負責人、上海交通大學的季向東說。 “這就是令人興奮的地方。”
在未探測到暗物質的海洋中，有一個明顯的例外。 多年來，格蘭薩索 DAMA/LIBRA 實驗的科學家聲稱利用碘化鈉晶體看到了暗物質的跡象。 但其他實驗並未發現 DAMA 暗物質的跡象。 許多科學家認為 DAMA 已被揭穿。 「我不知道是什麼產生了 DAMA 看到的奇怪信號，」胡珀說。 “話雖如此，我認為它不太可能是暗物質。”
但安娜堡密西根大學的理論天文物理學家 Katherine Freese 表示，其他實驗並未使用與 DAMA 相同的技術。 “任何人都無法想到其他解釋，所以這就是為什麼它實際上仍然非常有趣。” 即將進行的三項實驗將很快揭開謎團，就像 DAMA 所做的那樣，透過使用碘化鈉尋找暗物質：西班牙 Canfranc 地下實驗室的 ANAIS 實驗、韓國 YangYang 地下實驗室的 COSINE-100 實驗以及計劃在澳洲斯托爾地下物理實驗室進行的SABRE 實驗。
科學家們的努力最終可能還是徒勞無功。 暗物質可能根本無法直接偵測到。 「重力可能是我們觀察暗物質的唯一透鏡，」西達吉斯說。 暗物質只能透過重力相互作用，而不能透過弱力或任何其他力相互作用。 或者它可能生活在自己的「隱藏區域」中，這些粒子之間相互作用，但大多避開正常物質。
即使短期內沒有檢測到任何粒子，大多數科學家仍然相信存在一種看不見的物質形式。 沒有其他理論可以解釋科學家的所有宇宙學觀察。 「人類在很長一段時間內都不會放棄尋找暗物質，因為這對我們來說是一個大問題，」吉說。
