需要成千上萬次的實驗，才能找到蛛絲馬跡，為什麼暗物質這麼難找

宇宙有 85% 的物質仍未知，我們不清楚這些物質的成分，因此稱之為暗物質。我們能觀察到暗物質在星團與其他天體上的重力，所以知道暗物質的存在。我們還無法直接觀察暗物質，不過科學家論述表示，人類也許能用世上最強大的粒子對撞機創造出暗物質。

這是一臺長27公里的大型強子對撞機或簡稱 LHC，位於瑞士的日內瓦。那麼機器如何運作呢？在LHC裡，兩個質子束以反方向旋轉，隨後加速，近似光速在第四個撞擊點質子束相遇，質子互撞。質子是由更小的夸克和膠子所組成，在最普通的撞擊下兩個質子穿越彼此沒有產生重大的結果。

但每一百萬次裡的一次撞擊，兩個質子會強力衝撞釋放出絕大部分的衝撞能量，產生上千個新粒子。只有在這類撞擊中才會產生超大粒子，像是理論上的暗物質撞擊點，四周都是探測器，內部約有一億個感測器，如同大型3D照相機，探測器蒐集新粒子的資訊包括軌跡電荷與能量處理運算，然後計算機便能描繪出撞擊的影像，每條線都是每個不同粒子的路徑，還用顏色為不同型態的粒子編碼探測器所蒐集的資料，讓科學家能決定這些粒子是什麼，像是光子和電子探測器每秒大約拍攝十億次，這些碰撞的快照可以找出稀有大型粒子的跡象。

難上加難的是我們想尋找的粒子可能並不穩定。在感測器能覺察之前就會衰變為我們較熟知的粒子。以「希格斯玻色子」為例，長久來只存在理論上的粒子，直到 2012 年才被觀察到。要讓特定撞擊產生希格斯玻色子的機率約是百億分之一，只存在須臾一秒就衰變了。不過科學家發展出理論架構讓人知道該尋找甚麼，科學家原本認為希格斯玻色子會衰變成兩個光子，因此他們起初只檢視包含雙光子的高能量事件。

然而有個問題存在，無數個粒子互動會隨機產生兩個光子，所以該如何將希格斯玻色子與其他物質分離？答案是質量探測器蒐集的資訊，能讓科學家退一步審思判定產生兩個光子的那東西的質量。科學家將質量值轉成圖表，然後在所有產生雙光子的事件重複相同步驟。絕大多數的事件僅是觀察隨機產生的光子，即科學家口中的背景事件。

但當一個希格斯玻色子產生並衰變為兩個光子時產生的質量永遠一樣。因此希格斯玻色子的特徵就是出現在背景上方的微小光斑，至少需進行數十億次的觀察，小光斑才會出現，且也只有當小光斑明顯比背景來得高，得出的結果才有意義。在希格斯玻色子的案例中使用大強子對撞機的科學家宣佈突破性的結果，即只有三百萬分之一的機會才能僥倖得出小光斑出現的資料。

回到暗物質，若大型強子對撞機的質子束有足夠的能量產生暗物質，可能會比希格斯玻色子的出現更為罕見，所以需要千兆次的撞擊並配合理論架構才能開始尋找。這也是大強子對撞機目前正在進行的計劃，藉由龐大資料的產生，我們希望能在圖表中找出更多微小光斑，期待能為仍未知的粒子如暗物質佐證。也有可能我們找到的不是暗物質而是其他物質，這能夠完全改變人類對宇宙運作的認知，那也是目前為止部分的研究樂趣，到底會找到甚麼，我們仍一無所悉。

參考資料

1。Wikipedia百科全書

2。天文學名詞

3。 觀漢居士- Szu-Wen Kung- Helen Chang

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