北京时间2023年6月17日凌晨，美国南达科他州地下约1.5千米深处，一罐液态氙里，有一颗氙原子核挨了重重一下。

撞它的东西没有留下名字，只留下两道闪光。探测器把这两道光忠实地记了下来，然后归档。此后的两年多，没有人多看它一眼。

直到2026年9月1日，负责这台探测器的团队公开了这条记录，并附上一句话：查遍了所有已知的干扰源，没有一个能解释这次撞击。

这台探测器叫LUX-ZEPLIN，简称LZ，是目前世界上最大的暗物质探测器，由美国劳伦斯伯克利国家实验室管理，来自39家机构的250名科研人员参与。团队没有宣布发现暗物质，但这次撞击是它运行以来最像暗物质的一次信号。相关论文已提交给美国《物理评论快报》（Physical Review Letters）。

暗物质是个老问题。星系转得太快，光线经过星系时弯得太厉害，都说明宇宙里有大量看不见的质量。按现在的估计，宇宙中大约85%的物质是暗物质，它不发光、不反光，几乎不跟普通物质打交道。它到底是什么，至今没人抓到过实物。

一个流行的猜想是，暗物质由一种叫WIMP的粒子组成，全称是弱相互作用大质量粒子。它比质子重得多，但极少跟普通物质发生碰撞。极少不等于没有。地球正穿行在暗物质里，偶尔总该有一颗WIMP撞上某个原子核。LZ要抓的就是这种偶尔。

LZ的核心是一个装着10吨超纯液态氙的罐子，中央7吨是灵敏区。氙原子核一旦被撞，会立刻发出一道闪光，同时打出一些电子。电场把这些电子往上拉，拉进罐顶的氙气层，电子在那里激发出第二道闪光。罐子上下两端布满光传感器，负责记录这两道光。

两道光里藏着关键信息。第二道光的图案加上两道光的时间差，能算出撞击发生在罐子里的哪个点；两道光的亮度比，能分辨撞的是原子核还是外层电子。伽马射线和β粒子这类常见的放射性，撞的是电子；中子和WIMP撞的才是原子核。两类撞击的亮度比明显不同。

为了少受干扰，整套装置放在地下的美国桑福德地下研究设施（Sanford Underground Research Facility）里，头顶约1.5千米的岩石挡住了绝大部分宇宙射线。罐子外面还裹着2吨液态氙、17吨闪烁液体和229吨纯水，专门抓漏网的中子和伽马射线。

这次公布的数据采集于2023年3月到2024年4月，有效观测220天。团队此前已经用这批数据找过一遍WIMP，那次只看能量较低的撞击，上限是55千电子伏特。千电子伏特是粒子物理常用的能量单位，放到日常尺度小得几乎为零，但对一颗原子核来说，几百千电子伏特已经是一记重击。

新分析把搜索窗口一路拉到270千电子伏特，专门找更猛烈的撞击，并且只用罐子最中心的4.7吨液氙，避开罐壁附近的杂音。结果，搜索区里的1710个事件绝大多数是已知的放射性本底，只有1个格格不入。

它的能量是248千电子伏特，是上一轮搜索上限的4倍多。两道光的亮度比明确指向原子核撞击，与电子撞击的典型区间差了6.7个标准差。撞击点离罐壁27厘米，离罐底26厘米，远离一切边角。

更要紧的是它落脚的位置。在那个能量和亮度比的角落，已知本底加起来只有0.01个事件的预期。也就是说，按已知物理，这样的实验做100次，才该在那里看到1次。

论文第一作者、英国布里斯托大学的萨姆·埃里克森说，团队为此额外花了几个月，把所有可能的本底逐一过了一遍。

排查从最常规的嫌疑人开始。中子撞原子核和WIMP撞原子核长得一模一样，但要把氙核撞到248千电子伏特，中子自身能量至少要8兆电子伏特，而这么快的中子大多只是擦边而过，留下的都是轻击。要出一次重击，先得看到一堆轻击，数据里没有。

大气中微子也能撞原子核，但它撞出的能量随能量升高快速衰减，同样是轻击多、重击少，而且这次的能量已经超出了中微子那种撞法的适用范围。

还有一种更诡异的假象。一次普通的放射性衰变在罐子里撞了两下，其中一下落在电子收不上来的死区，比如紧贴罐壁几毫米处，或者底部电极下方。两道闪光叠在一起，电子信号却只剩一份，看上去就像原子核撞击。团队用更大体积、更高能段的数据反复检验了这类假象的模型，都对得上；而这次事件离罐壁和罐底都有20多厘米，光脉冲的形状也跟底部死区的假象不符。

时间线也被翻了个遍。事件发生前25分钟，一个用于校准的钴-57放射源刚从罐子对面一侧撤走，但它的伽马射线在液氙里飞不出4毫米。上一个穿过外围探测器的μ子在41分钟之前，穿过主罐的在127分钟之前。前后时段的探测器状态没有任何异常。

排查到最后，团队的结论是：没有找到一个像样的解释。

但如果它真是WIMP，也不会是教科书上最简单的那种。美国布朗大学理论物理学家范霁霁没有参与这项实验，但她的理论工作被论文引用。她指出，最简单的WIMP碰撞是弹性的，轻撞多、重撞少，要是能撞出这么一记重击，探测器早该记下大量低能撞击。只有这一次，就需要更复杂的理论。

候选有两类。一类叫非弹性散射，WIMP撞上原子核时自己也要变成一个更重的状态，这一步要消耗一笔能量，轻撞根本发生不了，只有够猛的碰撞才会留下痕迹。另一类是碰撞强度随撞击力度增大的相互作用，比如通过磁矩耦合，同样偏爱重击。团队检验了600多个这类模型，其中不少都能容纳这次事件。如果成立，撞击者的质量至少是质子的200倍。

那么它有多大可能是暗物质？团队给出的数字是2.6个标准差。翻译过来，已知本底凑巧制造出这样一个事件的概率大约是1/200。物理学界宣布发现的门槛是5个标准差，对应的概率大约是1/350万，两者差得很远。

而且这个2.6已经打过折。单看最匹配的那个模型，显著性有3.4个标准差；但试的模型越多，总有一个碰巧对上的机会就越大，扣掉这部分运气，才剩下2.6。

LZ合作组发言人、美国布朗大学教授里克·盖茨克尔说：“只有一个事件，我们不想操之过急。我们没有宣称看到了暗物质。但我们确实看到了一些有意思的东西，想拿出来请科学界一起把关。”

美国劳伦斯伯克利国家实验室物理学家、LZ机构委员会主席亚伦·马纳莱赛说：“数据里冒出离群点并不稀奇，但深挖下去，它们通常会露出某种本底的马脚。这是我参与过的所有实验里，第一个各方面都站得住的离群点。”

这批数据截止于2024年4月。从那以后，LZ一直在同样的条件下继续运行，手里已经攒下了世界上最大的一份暗物质搜索数据。后面的数据里，要么再冒出几个同样的重击，把2.6一路推高；要么什么都没有，这一次就只是一次巧合。

2.6σ，离定论还早。但这件事本身，已经值得关注。

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图为工作人员在地表组装的 LUX-ZEPLIN 探测器核心部件，随后将其运送至地下 1480 米深处，并置入一个装有液态氙的储罐中，图源：MATTHEW KAPUST/SANFORD UNDERGROUND RESEARCH FACILITY

信源：Science, American Association for the Advancement of. "World’s biggest dark matter detector spots a single weird particle." www.science.org