我們對(duì)宇宙中大量星系和星系團(tuán)進(jìn)行觀察，通過引力現(xiàn)象“感知”到了暗物質(zhì)的存在，那么如何才能像探測(cè)普通物質(zhì)那樣直接或間接探測(cè)到暗物質(zhì)呢？

普通物質(zhì)的探測(cè)都是通過強(qiáng)作用、弱作用和電磁相互作用來實(shí)現(xiàn)的。例如我們前面提到的海王星，通過望遠(yuǎn)鏡觀察到它的微弱光線才知道海王星的存在，并通過對(duì)光譜的測(cè)量和分析了解到更多有關(guān)信息。中微子也一樣，開始只是由能量測(cè)量“感覺”到它的存在，直到觀察到中微子和已知粒子的碰撞或散射（在物理上叫相互作用）的事例才真正得到確認(rèn)。

現(xiàn)在，我們已經(jīng)通過引力知道了暗物質(zhì)的存在，為什么還要對(duì)暗物質(zhì)探尋呢? 前面講過，暗物質(zhì)的天體不是構(gòu)成宇宙的主要部分，宇宙的主要部分很可能是分布極廣的暗物質(zhì)粒子。探秘這些暗物質(zhì)粒子的含義不僅僅是回答有無的問題，而是要知道：第一，暗物質(zhì)粒子與普通物質(zhì)粒子之間除引力之外是否還有其他作用？第二，如果有作用，其作用強(qiáng)度有多大，在相互作用中表現(xiàn)出的質(zhì)量有多大？第三，如果有作用，是普通物質(zhì)粒子的相互作用中的某一種呢，還是存在其他類型的作用？第四，暗物質(zhì)粒子的種類、質(zhì)量，在宇宙中各自的分布……

必須大膽地猜想

在人們還沒有直接觀察到暗物質(zhì)的時(shí)候，還不了解它的真面目的時(shí)候，想要偵測(cè)它，只有一種辦法，那就是先大膽地做一些假設(shè)或猜想，然后按照假設(shè)的暗物質(zhì)性質(zhì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并逐一進(jìn)行驗(yàn)證。只有得到驗(yàn)證的假設(shè)才能被認(rèn)可。

就像前面講的，現(xiàn)在人們普遍認(rèn)為暗物質(zhì)粒子的主要候選者是WIMP，那我們就應(yīng)該首先對(duì)WIMP 的性質(zhì)做大膽的猜想，再依據(jù)猜想設(shè)計(jì)出各種實(shí)驗(yàn)來設(shè)法“探測(cè)”到它，看看它與普通物質(zhì)有無相互作用。如果有的話，并且與猜想的性質(zhì)基本相符，我們才算偵測(cè)到它了。如果沒有發(fā)現(xiàn)相互作用或者與事先的猜想不相符，說明我們的假設(shè)有問題，需改變所做的假設(shè)與猜想。由于目前人們普遍認(rèn)為WIMP是最可能的暗物質(zhì)粒子候選者，本章將以探測(cè)WIMP 為重點(diǎn)介紹偵測(cè)暗物質(zhì)的原理、方法和實(shí)驗(yàn)。

要想探知WIMP，設(shè)計(jì)能夠探測(cè)WIMP 的實(shí)驗(yàn)，必須設(shè)想或者比較有根據(jù)地假設(shè)一些WIMP 的基本性質(zhì)，否則將無從下手。

暗物質(zhì)粒子WIMP 可能的性質(zhì)

依據(jù)對(duì)宇宙中星系及星系團(tuán)的觀察，除引力外，對(duì)WIMP 性質(zhì)的猜想可歸納為以下幾點(diǎn)：

（1）WIMP 應(yīng)該是來源于宇宙大爆炸的粒子，而且很穩(wěn)定（或壽命很長(zhǎng)），直到今天仍然大量地存在于宇宙中。

（2）每個(gè)WIMP 的質(zhì)量很大，有可能比質(zhì)子的質(zhì)量還要大得多。質(zhì)子的質(zhì)量為 1GeV 左右（即6×1023 個(gè)質(zhì)子的質(zhì)量大約是1g），而WIMP粒子質(zhì)量是質(zhì)子質(zhì)量的幾倍、幾十倍或幾百倍，在1~100GeV 的范圍。

（3）可以肯定地說，WIMP 不帶電，是中性粒子。因?yàn)槿绻鸚IMP帶電的話，早就可以通過電磁作用發(fā)現(xiàn)它們了。

（4）WIMP 和普通粒子之間不僅沒有電磁相互作用，也不會(huì)有類似于原子核內(nèi)那樣的很強(qiáng)的核作用力；要有作用的話，也一定是非常的弱，或許是像普通粒子β 衰變中表現(xiàn)的弱相互作用，也或者是我們還不了解的其他類型弱相互作用。 如此弱的作用，使得WIMP 與普通粒子發(fā)生作用的概率一定非常小。當(dāng)然，我們可以通過發(fā)生作用的事例率來判定其作用的強(qiáng)弱。

（5）宇宙中WIMP 的數(shù)量很大。通過宇宙的質(zhì)量密度和WIMP 的質(zhì)量，可以估算出宇宙中WIMP 的密度，其數(shù)值和光子的差不多（光子的密度為300~400/cm3）。雖然數(shù)量大，但它與普通物質(zhì)發(fā)生作用的機(jī)會(huì)并不多。有人估算，目前每秒鐘正有數(shù)以十億計(jì)的WIMP 穿過地球以及地球上每種動(dòng)植物的機(jī)體。