W而宇宙学家可能对暗物质做，粒子物理学家们对暗物质是. 对我们来说，暗物质自然应该是一种粒子，尽管它仍然隐藏在我们的数据中。在过去的几十年里，我们一直在猜测这个粒子可能是什么，也就是一类新的超对称粒子中最轻的。超对称性是粒子和力的标准模型的扩展，它很好地解决了关于希格斯玻色子质量稳定性、力的统一性以及暗物质的粒子性质等悬而未决的问题。事实上，超对称性预测了大量的新粒子——我们已经知道的每个粒子都有一个。然而，尽管这些新粒子中的一个可能构成暗物质，但对我们许多人来说，这只是一个令人高兴的副产品。
但在分析了大型强子对撞机（LHC）第一次（2010-2012年）和第二次（2015-2018年）运行的数据后，我们还没有发现超对称粒子——事实上，除了希格斯玻色子之外，根本没有新粒子。所以，在我们继续寻找超对称性的同时，我们也在重新审视我们的宇宙学同事可以告诉我们的关于暗物质的信息。毕竟，这是超越标准模型的新物理学最有力的实验证据。
事实上，有些人可能会说，大型强子对撞机和未来的对撞机的主要目标是创造和研究暗物质。为了实现这一点，必须有一种方法让可见的宇宙和黑暗的宇宙相互沟通。换句话说，我们所碰撞的粒子的组成部分必须能够通过基本力与假定的暗物质粒子相互作用。一个力需要一个力载体，或者玻色子。电磁力由光子携带，弱核力由所谓的矢量玻色子携带，等等。暗物质和普通物质之间的相互作用应该没有什么不同:它们可能通过交换暗玻色子而发生。
即使我们的探测器没有注意到暗玻色子本身，如果它们与可观测的粒子有微小的相互作用，换句话说，如果它们不是完全暗的，我们也有希望识别它们。考虑到这些相互作用是多么微弱，大型强子对撞机可能已经在产生这些粒子，而我们只是有我还没注意到他们。
A.当两个质子碰撞时，在大型强子对撞机中产生的暗玻色子可能会衰变为暗物质粒子，而暗物质粒子会逃脱我们的探测器而不留下任何痕迹。但我们可以通过将我们观察到的所有粒子相加来推断它们的存在，并寻找动量的不平衡，这表明有东西消失了。另外，暗玻色子可以衰变为普通粒子，如夸克，并在我们的数据中留下清晰的图案。我们可以用粒子法来推断看不见的玻色子的性质。这正是大型强子对撞机探测器设计的工作，我们正在不断地从对撞机数据中寻找这些信号。
然而，在以这种方式进行暗玻色子搜索时，我们做出了一个可能不被证实的假设:暗玻色子会瞬间衰变。如果不是呢?黑暗的宇宙，为了是黑暗的，必须以某种方式与正常的宇宙隔离。这可能会导致暗玻色子在分裂回正常物质之前存在一段短暂但可测量的时刻。在我们的实验中，当两个质子相撞时，崩解的碎片不会出现，而是被移开了相当远的距离。
大型强子对撞机的实验旨在寻找来自相互作用点的粒子。追踪长寿命粒子的轨迹（黑暗与否）由于多个因素而变得复杂。它们将由较少的测量值组成，使得连接点更加困难；它们将遵循非典型的几何路径，进一步阻碍我们的模式识别算法；并且它们可能产生比通常算法预期的要晚得多的信号。
但这正是物理学家所面临的挑战。通过恢复几十年的老把戏和发明全新的方法，我们已经修改了算法，使其对这些非典型粒子模式非常敏感。我们认为，我们现在可以探测到暗玻色子，它们在离起源地几米远的地方衰减，这涵盖了最合理的情况。暗玻色子衰变成什么几乎无关紧要，只要我们的探测器将记录到的正常物质粒子最终进入碎片。
到目前为止，我们在大型强子对撞机首次低能运行的数据中没有发现任何东西。但我们仍在研究第二次高能运行的数据。随着这些技术被添加到之前的超对称搜索中，我们现在有极好的机会发现暗物质，暗力量，或者两者兼而有之。考虑到目前为止它只提供了最终产生的数据总量的1%，大型强子对撞机对暗粒子的搜索实际上才刚刚开始。
Antonio Boveia是哥伦布俄亥俄州立大学的物理学教授。他利用大型强子对撞机上的阿特拉斯实验寻找暗物质和其他新的粒子和力。
克里斯托弗·希尔(Christopher S. Hill)是哥伦布市俄亥俄州立大学的物理学教授。2012-2013年，他担任大型强子对撞机CMS实验的副物理协调员。他目前是美国CMS HL-LHC升级项目的科学家。
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本文最初于2017年2月发表于鹦鹉螺宇宙
