远古地球与暗物质发生过碰撞吗？5亿年前的矿物有望揭秘

在地球上被埋了5亿年的矿物质可能是解开暗物质第一个证据的关键。密歇根大学的一个物理学家小组提出，这些矿物质可能含有早期与暗物质碰撞留下的古代痕迹。该研究小组认为，诸如岩盐（氯化钠）和扎布耶石（碳酸锂）等矿物可以辅助尖端暗物质探测器，来帮助科学家探测暗物质。

什么是暗物质？

在宇宙的诸多未解之谜中，暗物质是最难以理解的一个。天文学家在研究星系的自转时推测，星系中隐藏着5倍于普通物质的暗物质，它们提供的引力能够稳定整个星系。天文学家相信，通过一定方法可以探测到暗物质对星系和星系团的引力效应，但一直以来却未能找到直接证据，即使暗物质至少占了宇宙中所有物质的83%。

根据一个广为接受的假说，暗物质是由大质量弱相互作用粒子（WIMP）组成，它们只能通过引力与普通物质相互作用，它们不会与普通物质产生直接的电磁作用。

天文学家通过建造复杂的暗物质探测器来寻找暗物质粒子与如硅、锗和碘化钠等原子的原子核之间的相互作用。这些探测器被埋在地下，以保护它们免于接触到从太空源源不断流向地球的宇宙射线。这些宇宙射线会与探测器内部的物质相互作用，干扰对暗物质的搜寻。

到目前为止，只有意大利格兰萨索国家实验室的DAMA/LIBRA实验声称已经发现了暗物质。然而，直到今天，这些消息仍未得到有效证实。

大质量弱相互作用粒子的科学研究

在预印论文网站ArXiv上发表的一篇论文中，密歇根大学的物理学家Katherine Freese指出，矿物正是埋藏于地下，因此不需要保护它们远离宇宙射线。

Freese率领的研究团队解释道，如果一个大质量弱相互作用粒子与一个原子的原子核相撞，原子核就会弹回来。这个反弹运动将会在矿物中形成一种痕迹，长度应该在1到1000纳米之间。

该研究团队表示，从地球上提取这些矿物不会非常困难，因为他们可以利用为地质研究人员和石油勘探公司制造的钻井。获取到矿物之后，研究人员将需要打破矿物，来研究暴露在外的表面，并寻找原子核与暗物质粒子相撞后反弹回来的痕迹。

高能电子显微镜或原子力显微镜可以完成这项工作。研究人员表示，虽然X射线扫描仪和紫外线3D扫描仪分辨率较低，但也可以使用。

如果研究人员发现了这些碰撞的痕迹，每一种矿物可能会有不同的特征。这是因为矿物是由多种元素构成，这可以帮助科学家确定在碰撞中涉及的是哪种类型的大质量弱相互作用粒子。Freese解释道，例如，氯化钠由钠和氯组成，所以会从一种矿物中得到多个信号。如果确实找到了一些阳性信号，那么就能基于钠和氯的散射模式，来推断发生碰撞的是什么类型的暗物质粒子。