LUX：我们没有找到暗物质。
LUX探测器没有探测到暗物质后被关闭。（© UCL）
暗物质比科学家预想中的更加难以捉摸，虽然它占据了宇宙中总质量的五分之一，但是想要找到却是完全的另一回事。如果想直接观测到暗物质，我们希望在探测器观测到暗物质与普通物质之间的作用，并在碰撞的过程产生一个反弹。世界上最灵敏的暗物质探测器大型地下氙实验（LUX）是一个雄心勃勃的计划，利用370千克液态氙，历时20个月的苦苦搜寻，昨天他们宣布：我们没有找到暗物质！
暗物质并不是科学家凭空想象出来的，而是有大量的天文观测都指向它必须存在。天文学家认为暗物质像一团巨大的晕环绕在每个我们观测到的星系的外围。暗物质能够解释从星系的旋转曲线到光在星系团附近的弯曲（引力透镜效应）；从宇宙的大尺度构造到微波背景辐射的微小波动。最令人惊叹的是，天文学家观测到了当两个巨大的星系团相撞后（上图），暗物质从普通物质中分开。如果没有暗物质，那么所有这些现象都将无法解释，所以我们相信它是真实存在的。
暗物质极简史。（© Sandbox Studio, Chicago）
但是如果它是真实的，我们希望能够在实验中直接探测到它。首先我们得了解一下暗物质的一些粒子性质，因为我们需要它跟普通物质作用。这些普通物质为标准模型中的粒子——那些我们知道如何在地球上探测的粒子。
根据不同的模型，暗物质有不同质量，因此它们可以通过任何途径相互作用。但是最常见的模型都有一些共同的特征：
暗物质不与强核力和电磁力产生相互作用。
暗物质的质量区间介于比电子质量大，但比LHC最大的能量小。
暗物质要么通过弱核力相互作用，要么通过比弱核力更弱，但比引力更强的一种新的力产生相互作用。
现在我们可以设计一个简单的实验装备：把大量的原子聚集在一起，并观测有没有暗物质穿过时撞上某个粒子造成的干扰发生。
LUX实验位于南达科塔的地底下一英里处。（© SLAC）
相比先前的一些暗物质实验，比如CDMS、Edelweiss、PandaX和Xenon等，LUX在更高的灵敏度下收集了更庞大的数据。在这样的一个测量精度下，科学家希望LUX能看到一个清晰的暗物质信号。
LUX探测器。左边描述了S1和S2信号如何重建；右边是探测器的内部，以及光电倍增管的位置，它可以探测氙原子核的闪光。
通过超级灵敏的探测器和超过三分之一吨的液态氙，暗物质和氙原子核之间的碰撞产生的一个反弹应该可以被围绕的光电探测器看到。实验装置位于1400米的地下，能够隔绝来自宇宙射线、太阳活动和地面辐射的污染。当所有的背景——包括天然辐射、μ介子和中微子——都被考虑进来的时候，LUX团队宣布在2014-2016年的实验运行没有看到任何的可疑信号。
LUX看到的信号跟背景一致，并没有发现任何暗物质的踪迹。（© D.S Akerib et al.）
LUX的结果排除了所有被DAMA、LIBRA和CoGeNT等实验所吹捧的探测；它也排除了大多数的暗物质模型，从超对称到额外维度。它也意味着，多数现在正在进行的实验都将找不到任何东西。虽然LUX没有找到暗物质，但它也告诉了我们几件事：
暗物质最有希望的候选者大质量弱相互作用粒子（WIMP）基本上可以100%的排除掉了。
不管暗物质是什么，几乎不可能在LHC找到它们。
有很大的可能暗物质的质量范围在标准范围外，要么低的多，要么高的多。
现在我们知道，暗物质比我们想象中的更加难以捉摸，或许是时候我们需要以不同的角度重新思考。
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