7个还没有找到他们想要的东西的主要实验

B做一名实验科学家有时似乎是一项吃力不讨好的工作。你可能已经习惯了阅读那些最终取得重大发现的实验的标题，但很少听到那些(通常是英勇的)实验人员的努力，他们还没有发现或观察到他们打算做什么。

其中一些努力跨越了几十年的时间和几代人的人力和专业知识。然而，结果的缺失往往和任何普及的发现一样具有科学意义:我们更多地了解了自然界没有什么，或者没有什么。然而，从这些事件中获得积极的信号，将会对我们对宇宙的理解以及我们在其中的位置产生深远的影响。

下面是7个正在进行的实验，它们还没有找到他们想要的东西。他们都因聪明才智和雄心壮志而举世瞩目。毫不奇怪，推动这些实验的毅力来自哪里。

大自然似乎总是喜欢嘲笑科学家的希望和期望。

为了照亮暗物质，在地下埋一罐液态氙

科学家们的理论是暗物质的细丝形成了脚手架，我们可以看到所有的星系都依附在这个脚手架上。在每个星系的周围都有一个暗物质晕，它提供了额外的引力，用来解释恒星如何围绕星系核心旋转。然而，暗物质是我们还没有直接探测到的东西。尽管在过去的几十年里，人们曾多次尝试通过可能非常微弱的与普通物质的相互作用来探测暗物质，但都以失败告终。

在暗物质可能存在的各种形式中，所谓的弱相互作用大质量粒子(WIMPs)对粒子物理学家来说是一种更有吸引力的可能性。的勒克斯该实验位于南达科塔州地下近一英里处的一个以前的矿井中，它帮助为未能探测到大质量弱相互作用粒子设置了很高的标准。LUX装在一个装有72,000吨高纯度水的容器中，用来过滤多余的宇宙射线。LUX由大约三分之一吨的液态氙组成，周围环绕着足够灵敏的探测器，可以探测到暗物质与单个氙原子碰撞时发出的光。

LUX未能探测到任何暗物质的踪迹，这促使了LUX- zeplin的升级——这是一项包含大约20倍于LUX液体氙量的实验。升级后的实验是否能在LUX没有的地方取得成功还有待观察。大自然似乎总是喜欢嘲笑科学家的希望和期望。

要想(真正)看到大爆炸遗留下来的引力波，需要观察不同的频率

大爆炸时期的引力波(电磁辐射或光的重力模拟物)可能会在宇宙微波背景中留下独特的痕迹。宇宙微波背景是大爆炸产生的残余辐射，我们可以从各个方向看到它。它显示了它的温度和极化的微小波动，这为我们提供了一个非常时期的引力场的快照——当宇宙379000岁时，中性氢首次形成。这种轨迹会以偏振旋转模式的形式出现，技术上称为“表”。

尽管BICEP/Keck合作在2014年宣布探测到这种b模时引起了兴奋，但它们的起源被证明是相当平凡的东西。看起来像是原始引力波的实际上是高纬度的极化尘埃粒子，如果数量足够大，它们可以模仿与引力波相同的b模式极化旋转模式。

BICEP合作并未被吓倒，已经升级为BICEP3它由大约2500个探测器(所谓的辐射热计)组成，旨在以比以前低得多的频率观测宇宙微波背景。通过不同版本的BICEP望远镜进行了十年的观测，仍然没有从原始引力波中获得对b模的积极探测，但搜索不会很快停止——首先探测它的竞争才刚刚开始升温。

要想知道强核力和电弱力是否结合在一起，请寻找光的“音爆”。

的标准模型粒子物理学是经过几十年的理论和实验之间的相互作用,从量子力学的《盗梦空间》的提案弱核力力(负责某些类型的放射性衰变)和电磁的不同方面统一“electro-weak”力量。只有电磁力和弱核力出现明显的对我们来说是一个典型的实验室实验因为希格斯场它赋予与之相互作用的粒子质量，隐藏了支配这两种力的潜在对称。

切伦科夫辐射——音爆的光学等效物。

在标准模型中还有另一种力，即强核力，我们预计它将与电弱力统一在一起，其能量大约是欧洲核子研究中心能达到的能量的一万亿倍，这个过程被称为大统一。大统一理论的预言之一是质子不再是稳定的粒子，而是会衰变为其他粒子，比如π介子和正电子——尽管极其罕见，在一些模型中，半衰期可以接近宇宙年龄的100万亿倍。

超级神冈探测器以及计划中的升级，Hyper-Kamiokande该实验室位于日本中部神冈实验室的一座山下一公里处，其任务是在巨大的超纯净水罐中寻找(以及其他一些事情)这种极其罕见的质子衰变的泄露特征。通过扫描被称为切伦科夫辐射的微弱闪光(光学上相当于声爆)，超级神冈探测器寻找质子衰变成的高能粒子。

到目前为止,什么都没有。但是Hyper-Kamiokande的目标是将其灵敏度提高10倍，应该在2020年开始观测。

为了测试超对称性，探测中子

粒子物理学的标准模型预测，中子(和质子一起构成所有原子核)具有极微小的电偶极矩(EDM)，即两个相反电荷之间的固定距离。它的体积小大概是它没有被探测到的原因。但是理论扩展了标准模型超对称一种假设的力和物质之间的等效性，一般预测电火花的大小可以比标准模型预测的大10万倍。

通过给中子EDM的大小设限，人们可以用比粒子加速器实验更严格的方法来测试自然界中是否存在超对称。CryoEDM位于法国格勒诺布尔的劳-朗之万研究所(Institute Laue-Langevin)就是这样一个实验。通过观察超慢中子的自旋如何在磁场和电场存在的情况下“进动”，即改变其旋转轴的方向，我们可以对中子的EDM进行精确的测量，如果EDM存在的话旋进如果中子有电火花加工，速率是不同的。

当CryoEDM达到其全部设计灵敏度时，它几乎可以排除超对称的存在。另一方面，任何观察到的电火花加工都将是超对称在自然界确实实现的诱人证据，因为仅标准模型所暗示的值太微弱，无法用当前的实验灵敏度检测到。

为了发现额外的维度，给重力一个特写

额外的维度，如果存在的话，可以在非常短的距离内改变重力作用的方式。它们不仅意味着偏离常规平方反比定律在牛顿引力理论中，它们也暗示了新的短程引力强度的存在，这将违反所谓的等效原理。等效原理表明，所有的物质——炮弹、苹果——在给定的引力场中都以相同的方式下落。额外维度带来所有这些额外负担的原因是，控制额外维度大小的场本身模拟了引力，但只是在非常短的距离上，而且对不同种类的物质做的不同。

尽管爱因斯坦的广义相对论已经从太阳系到宇宙尺度进行了彻底的测试，但直到最近，研究人员才开始在亚毫米尺度上系统地测试它。

使用精确的校准扭转平衡这个名为Eöt-Wash的合作项目(以在20世纪之交率先进行此类实验的巴伦Eötvos命名)位于华盛顿大学，除了偏离牛顿引力的平方反比定律之外，一直在寻找违背等效原理的情况，而现在的尺度已经接近10万分之一米。到目前为止，还没有发现对牛顿定律的修正，也没有发现等效原理，这表明额外的维度，如果存在的话，是蜷缩成远小于几十微米的区域。

为了一睹宇宙的“黑暗时代”，请收听微弱的无线电信号

在宇宙的历史上有一个我们知之甚少的时期，那就是所谓的黑暗时代。这是“重组”之后的时代，当时中性氢首次形成，第一批恒星开始发光。

一个单独的氢原子不发射太多的光。然而，就像任何围绕太阳运行的行星一样，太阳也围绕自己的轴旋转，围绕给定氢原子核运行的孤立电子沿着自己的轴“自旋”，要么与氢原子的轨道运动一致，要么与氢原子的轨道运动相反。后者的能量更少。

在宇宙微波背景的背光下，黑暗时代的中性氢有一部分被激发成高能量排列的自旋结构。当这些被激发的原子跃进到低能量的反排列结构时，它们发出约1.4千兆赫的辐射，相当于波长约21厘米的非常微弱的无线电信号。探测这个所谓的21厘米背景可以让我们直接回到黑暗时代．

低频阵列(LOFAR)望远镜是一个由大约2万个相控天线组成的阵列，分布在整个欧洲(尽管主要位于荷兰)，自2012年以来，它一直在观测宇宙，希望能探测到这种非常微弱的信号。然而，地球及其所在的星系是一个非常嘈杂的地方，到目前为止，还不可能探测到任何来自黑暗时代的信号。一个名为“平方公里阵列”的国际阵列的雄心勃勃的计划正在进行中。斯卡)，但就目前而言，黑暗时代依然存在。

“存在两种可能性:要么我们在宇宙中是孤独的，要么不是。两者都同样可怕。”

要想发现外星人，就永远不要停止倾听

如果能确凿地证明宇宙中除了我们之外还有其他智慧生命存在，那将是人类文明的分水岭。一项包括一系列实验在内的集体努力，几乎从无线电技术出现以来就一直在寻找外星智能的信号。其基本想法是，人造无线电信号可以与自然(天体物理)源产生的信号区分开来，因为它们的频率范围窄，而且具有重复性，就像人类的无线电传输一样。一个诱人的候选人的信号出现在1977年，尽管它再也没有出现过，一个自然的解释也不能排除。

SETI，也就是寻找外星智慧生命，继续使用各种专用的射电望远镜，包括艾伦望远镜阵列它最近被名义上用于寻找系外行星的技术所补充。科学家们还用它来寻找外星人建构这是物理学家弗里曼·戴森(Freeman Dyson)提出的假设，先进的文明可能会利用它直接从宿主恒星获取能量。尽管几十年来一无所获，但对外星智能的集体探索现在比以往任何时候都更有能力解决阿瑟·c·克拉克(Arthur C. Clarke)著名的焦虑:“存在两种可能性:要么我们在宇宙中是孤独的，要么不是。”两者都同样可怕。”

苏博德·帕蒂尔是哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所的理论物理学家。他偶尔发推特@_subodhpatil．

观察:这个理论宇宙学家的工作是弦理论的第一次实证检验吗?

这篇经典的事实如此浪漫的文章最初发表于2017年3月。