內容簡介
暗物質──被譽為21世紀的首席物理學難題
數十年來，人們殫精竭慮研究，卻依然對它所知甚少……
暗物質既看不見、也觀測不到，科學家又憑什麼說它存在？
▏暗物質是什麼？
有一類物質暗藏在宇宙中，既不發光、也不吸收、反射或折射光，不僅在沒有光的黑暗中看不到，在有光線的環境中也完全透明，同樣看不到。
這種不發光又絕對透明、在任何環境下都無法看到、卻又有質量的物質，就被稱為暗物質。
▏暗物質如何被發現？
1933年，天文學家費里茨·茲威基（Fritz Zwicky）驚奇地發現：大型星系團內的星系，具有極高、又難以理解的運動速度，單靠我們所觀測到的星系團引力作用，根本不可能束縛這些星系在星系團內的高速運動──除非在星系團中，還有「看不見」的物質產生了強大的引力。
此後，天文學家透過測量螺旋星系的旋轉速度、觀測重力透鏡、大尺度宇宙結構形狀，以及微波背景輻射等研究中的「奇特」現象，大膽猜想：宇宙中可能暗藏有大量「看不見」、卻又能透過引力作用被感知的暗物質，而且所占比例很大（據計算，約占整個宇宙物質總量的85%）。
▏暗物質真面目的頭號嫌疑人：WIMP粒子
WIMP粒子，即大質量弱相互作用粒子（Week Interaction Massive Particle），是一種和普通粒子有弱交互作用、質量較大的假想粒子。
對WIMP性質的猜想可歸納為以下幾點：
（一）WIMP的質量可能比普通粒子（如質子、中子等）的質量大很多
（二）WIMP不帶電，沒有電磁作用，也沒有像普通核子之間的強交互作用，幾乎與普通物質粒子不發生交互作用
（三）即使WIMP與普通物質粒子發生交互作用，也是很弱的作用──可能是標準模型中的弱力，也可能是我們還不了解的另類弱力；另外，理論認為WIMP產生於宇宙初始階段，有較大的質量，在宇宙中運動的速度緩慢，有可能聚集成團
▏基本模型的困惑：WIMP粒子與「超對稱粒子」
基本粒子能被分為自旋為整數的玻色子（Boson），與自旋為半整數的費米子（Fermion），而將這兩類粒子連繫起來的理論，就被稱為超對稱理論（SUSY）。
遺憾的是，多年來這種理論所預言的那麼多超對稱粒子，人們不禁要問：它們會不會是暗物質粒子呢？
WIMP粒子是基本粒子嗎？
WIMP粒子本身之間有什麼樣的作用？
WIMP粒子與普通物質粒子之間，除了引力之外還有其他交互作用嗎？
如果有作用，是基本交互作用中的某一種呢，還是存在其他作用？
▏如何探測WIMP粒子？
探測暗物質粒子WIMP的有兩種方案：
◎間接探測
間接探測方法，是基於暗物質粒子WIMP粒子和它的反粒子之間有可能發生湮滅的假設。透過探測WIMP粒子和它的反粒子湮滅後，生成一對能量相同的兩個正負電子、一對能量相同的伽馬射線、正反質子、正反微中子等，來探知WIMP。
◎直接探測
雖然將探測器安置在對撞機附近很容易實現，但也有很大的困難，例如普通粒子對撞產生WIMP的機率極小，千百萬次碰撞才可能產生一次、碰撞中同時會產生大量普通粒子，意味著要在大量普通粒子的背景中尋找WIMP等等。
▏讓本書帶領你，尋找宇宙過去與未來的終極解答
本書旨在向讀者深入淺出、圖文並茂介紹有關「暗物質」的基本知識，了解暗物質的來由，並從實驗的角度出發，討論探測暗物質的原理。
本書，就是你暗物質旅程的第一站。
作者介紹
作者簡介
李金
BES國際合作發言人，曾以訪問學者或客座教授身分在美國、日本、英國、法國等從事高能物理研究。五十多年來從事核反應研究；核爆炸輻射測量；核探測技術研究；高能粒子對撞機譜儀BES的研發、建造和升級；正負電子對撞物理實驗研究。近二十年從事微中子和暗物質實驗等前沿課題研究，曾發表科學論文和科普文章三百餘篇。
目錄
自序
前言
第1章 詭祕暗物質的由來
1.1 什麼是暗物質？
1.2 詭異的暗物質真的存在嗎？
1.3 可能的暗物質
1.4 為什麼要探尋和研究暗物質
第2章 暗物質的探測方略
2.1 暗物質粒子的基本性質
2.2 暗物質粒子的探測方略
2.3 暗物質粒子WIMP的直接探測
2.4 暗物質粒子WIMP的間接探測
2.5 人工產生暗物質粒子
第3章 探測行動前仆後繼
3.1 尋找碰撞的直接探測
3.2 尋找湮滅的間接探測
3.3 人工產生暗物質的嘗試
第4章 找到暗物質粒子了嗎？
4.1 實驗證據的表述
4.2 暗物質粒子的跡象或證據
4.3 沒有看到任何「暗物質痕跡」
4.4 目前還很難回答的問題
4.5 展望未來
附錄 在世界最深的地下尋找暗物質
5.1 CJPL開展的兩個直接探測暗物質的實驗
5.2 CJPL的未來發展── CJPL-II
後語
參考文獻
