2024腾讯科学WE大会｜刘江来：了解暗物质，或许未来才能在宇宙中做“天气预报”

11月3日，2024腾讯科学WE大会在成都科幻馆开幕。本次大会以“科技树·转折点”为主题，汇聚了中国国家最高科学奖得主、诺贝尔奖得主等国内外顶尖科学家。

本次大会上，知名科学家刘江来教授分享了他对暗物质、引力透镜效应、WIMPs理论、中微子的探索和思考，并接受媒体采访。据悉，刘江来教授长期致力于粒子、原子核与天体物理交叉领域研究，负责PandaX暗物质实验项目。他组织百人科研团队在锦屏地下实验室进行暗物质探测实验，是我国暗物质实验研究先锋。其团队成功研制的三代国际先进液氙探测器，取得国际领先的测量成果。

研究暗物质有用吗？

或许未来人类会步入更深远的宇宙，了解暗物质才能做“天气预报”

1933年，天文学家弗里茨·兹威基在研究星系团时，率先推算出其内部有看不见的物质，也就是如今所说的暗物质。观测和计算表明，宇宙的95%是看不见的暗物质和暗能量。但暗物质究竟是什么？这一谜题困扰着一代代科学家。

近百年后，刘江来与其团队克服重重困难，在世界最深的地下实验室——位于四川省凉山州的锦屏地下实验室，探寻暗物质这种宇宙中的“神秘幽灵”。

刘江来告诉红星新闻记者，他对暗物质的兴趣，或许源于基因、或许源于后天，或许两者都有。他介绍，暗物质在空间中无处不在，每一秒钟都在穿越我们的身体，但是我们浑然不觉，地球、太阳系也都浑然不觉，但暗物质主导了宇宙的形成和演化。

暗物质看不见、摸不着，探索它有什么用？刘江来表示，这个问题他没有办法回答，他借用了《三体》中的一句话表示，即“弱小不是生存的障碍，傲慢才是”。翻译成科学家的语境，即“对于宇宙我们要保持谦虚，不断地探索和理解”。

刘江来说，工业革命给了人类好的生活，但不能因此就停止探索。人类如今可以走出地球研究太阳系，或许有一天人类的足迹会步入银河系和更深远的宇宙，或许到时候我们得知暗物质的分布，才能做“天气预报”，这是十分发散性的问题。“理解暗物质的意义，或许要到那个时候，您（未来的人）来告诉我。”

如何寻找暗物质

在地下2400米探索宇宙

刘江来介绍，探测暗物质有三种方法。第一种是在宇宙空间中，寻找一个暗物质密度比较大的地方，暗物质粒子和粒子之间产生碰撞，其可能会催生出来一些我们已知的、能够探测到的粒子，例如我国的悟空号卫星，就是把探测器放到太空中寻找暗物质存在的证据；第二种方法是，把一个非常灵敏的探测器送到一个非常安静的环境中间，等待暗物质粒子到达探测器，和原子产生碰撞以后，捕捉原子反冲信号，这叫作直接探测；第三种是对撞机探测，在对撞机中让高能粒子束对撞，直接产生暗物质粒子。

刘江来与其团队使用的锦屏地下实验室，就属于直接探测。该实验室垂直岩石覆盖达2400米，是国际上岩石覆盖最深的地下实验室。在这里，刘江来与其团队将惰性元素“氙”冷却到零下100度并做成探测器，来捕捉暗物质的碰撞。（注：氙是一种稀有气体，在零下100度的状态下，会液化为一种无色透明的液体。）

过去15年，刘江来与其团队一共建设了三代探测器，从120公斤到580公斤再到如今的4吨级探测器，下一步是开展20吨级液氙探测器的升级，这将成为国际上体量最大、灵敏度最高的液氙实验。这十几年的努力，让我国暗物质研究从无到有，并逐步走向国际前沿。

刘江来介绍，液氙暗物质探测器兴起于2004年左右，在过去近20年的过程中，一直在高速发展，探测灵敏度快速提升。液氙暗物质探测器的特点是：首先，氙能够比较容易地扩容，探测器最后灵敏度是跟探测体量成正比的；其次，它对于每一个碰撞事例的能量和位置，都能做4D照相；此外，液氙探测器对碰撞事例到底是怎样的事例能做一些甄别，判定它是不是本底，是不是信号。从互补性来说，其他的实验也都各有独特优势，所以需要在不同的方向进行探索。

100多年前，人类探测到了电磁波，彼时从未有人想到它会与我们的生活如此紧密。如今，我们每每使用手机、微波炉、CT照相等，都离不开电磁波。未来，暗物质是否也一样会造福人类？时间会带给我们答案。

红星新闻记者 王拓 摄影记者 王勤

编辑 李钰仪