5. 暗物质会现身于何处？
总之，关于暗物质的理论性猜测可谓多种多样，最终的结论恐怕一时难以得出。揭开暗物质的神秘面纱，最快的方法就是直接捕捉宇宙空间中存在的暗物质。
但是，在宇宙中捕捉反应微弱的粒子是非常困难的。这就好比在喧闹的城市中去聆听极其微弱的声音一样。因此，观测暗物质必须要在没有噪声的安静环境中进行，也就是“到地下”去观测暗物质。
为了探测暗物质，我们IPMU与东京大学宇宙射线研究所，在神冈的地下共同建造了XMASS探测器。在该实验项目中，我们使用了一吨液态氙（一种稀有气体）来静候暗物质的到访。为了消除暗物质之外的“杂音”，我们将装有液氙的球型探测设备放到了灌有纯水的水箱之中。
该探测设备，正在静静地等待着暗物质与液氙的原子核发生碰撞，但这种碰撞瞬间放出的光是极其微弱的。如果不使用灵敏度极高的设备，就无法捕捉到这种信号。
与设备的性能相比同等重要的是，不，或许应该说更重要的是人的“忍耐力”。“暗物质昨天没有来”“今天也没有任何反应”……这种观测会让人在失落感中逐步消沉。一年之中，如果能观测10次暗物质与液氙碰撞就已经非常幸运了。在这种情况下，研究人员要一直默默等待暗物质的到来，这确实非常枯燥。但是，神冈探测器曾经就是这样检测到中微子的，而且实验的负责人小柴昌俊还获得了诺贝尔物理学奖。检测暗物质的意义与检测中微子不分伯仲，所以还是值得去做的。
寻找暗物质的尝试并非仅此一种方法。如果将XMASS的方法看作德川家康式的“杜鹃不啼，候之”，那么另外的一种方法则可以说是丰臣秀吉式的“杜鹃不啼，诱之”。显然，这里的另一种方法就是指使用粒子加速器。既然宇宙大爆炸能够创造出暗物质，那么我们人类也能制造出。
与暗物质相关的实验使用的是大型强子对撞机LHC，该设施由CERN建造，已经于2010年开始正式运行。它的首要任务是检测希格斯玻色子，如果能量足够高，也可以制造出暗物质。
不过，这里存在一个难题。那就是即便我们制造出了暗物质，也无法看到它。为了确认不可见物质的产生，就需要调查该物质生成时必然会出现的“现象”，这就需要事先计算其性质和运动等细节。其实，我们IPMU的中的研究者野尻美保子，就是非常擅长这类计算的专家。如果未来出现“LHC发现暗物质！”的新闻，就可能是得益于她的努力。
此外，为了更加精密地研究暗物质的性质，国际直线对撞机（International Linear Collider，ILC）的项目也正在推进中。不同于圆形加速器LHC，ILC是一个直线加速器。另外，这两个加速器实验使用的粒子也不一样。LHC是让质子与质子对撞，ILC则是让电子与正电子对撞。在数据分析上，ILC会更加方便。这是因为质子就像内含3个夸克和胶子的樱桃派，碰撞后会散落出很多东西；而电子与正电子的碰撞则像樱桃核与樱桃核的撞击，因此多余的信息较少。
图5-2 国际直线对撞机（ILC）
不过，让微小的粒子互相碰撞，这在技术上是非常困难的。例如，在ILC的实验中，首先要在加速器的两端加速电子流和正电子流，让它们疾驰约20千米，然后将粒子流收缩至几纳米（几十个原子那么大）的大小。这些操作已经对技术要求极高，之后还要让这两束粒子流精确地正面相撞，这是极其精密的工作。
当粒子加速器内检测到的情况，与观测设备捕捉的数据一致时，我们或许就能得知暗物质的真身了。解开这个谜题，不仅能回答“宇宙是由什么构成的”这一问题，还能了解暗物质诞生时的宇宙，也就是宇宙大爆炸10-10秒之后的宇宙。从宇宙而来的暗物质就像衔尾蛇的蛇头，而实验室中制造的暗物质就像“衔尾蛇”的蛇尾。
上一章
阅读进度：5. 暗物质会现身于何处？