1773年的老實(shí)驗(yàn)，要幫人類找暗物質(zhì)了

1773年，英國(guó)科學(xué)家亨利·卡文迪許設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)，想搞清楚電磁的本質(zhì)。他用兩個(gè)嵌套的金屬殼，測(cè)量表面的電勢(shì)差，看看帶電粒子在殼內(nèi)如何相互作用。

兩百多年后的今天，斯坦福大學(xué)的彼得·格雷厄姆和同事們說(shuō)：把這個(gè)老實(shí)驗(yàn)復(fù)活，或許能揭開(kāi)宇宙最神秘的面紗之一——暗物質(zhì)究竟由什么粒子構(gòu)成。

這事聽(tīng)起來(lái)有點(diǎn)反直覺(jué)。暗物質(zhì)占宇宙物質(zhì)總量的絕大部分，但我們完全不知道它是什么。從大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)到深埋地底的探測(cè)器，全球科學(xué)家試了各種辦法。現(xiàn)在，一個(gè)18世紀(jì)的裝置設(shè)計(jì)，居然成了新候選。

格雷厄姆團(tuán)隊(duì)盯上的是一種叫"毫電荷粒子"（millicharged particles，簡(jiǎn)稱mCPs）的暗物質(zhì)候選者。顧名思義，這類粒子攜帶的電荷極小。而"帶電"這個(gè)屬性，恰好讓卡文迪許的古老設(shè)計(jì)有了用武之地。

具體怎么做？團(tuán)隊(duì)計(jì)劃復(fù)刻那個(gè)嵌套金屬殼結(jié)構(gòu)：給外層大殼通電，然后測(cè)量?jī)?nèi)外殼之間的電壓差。如果真有毫電荷粒子在場(chǎng)，這個(gè)差值就會(huì)暴露它們的存在。

特拉華大學(xué)的哈里克里希南·拉馬尼打了個(gè)比方：新實(shí)驗(yàn)會(huì)配一個(gè)"累積裝置"，像吸塵器一樣把房間里所有帶電粒子吸進(jìn)來(lái)，把潛在的毫電荷粒子一網(wǎng)打盡。

比起其他搜尋毫電荷粒子的方案，這個(gè)設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)很實(shí)在——簡(jiǎn)單，便宜。團(tuán)隊(duì)估算成本不到100萬(wàn)美元，只相當(dāng)于粒子加速器一年運(yùn)行費(fèi)用的千分之一。計(jì)算還顯示，它的靈敏度可能超過(guò)某些未來(lái)上線的大型加速器實(shí)驗(yàn)。

得克薩斯農(nóng)工大學(xué)的凱文·凱利看了團(tuán)隊(duì)的計(jì)算后認(rèn)為，有些估算可能偏保守了。最終靈敏度或許能比過(guò)去的方法高出100到10000倍，足以探測(cè)到電荷比此前假設(shè)更小的毫電荷粒子。

俄亥俄州立大學(xué)的克里斯托弗·希爾態(tài)度更直接："這項(xiàng)技術(shù)可能比我和其他人正在做的一些事情更好。"他和格雷厄姆、拉馬尼看法一致：比起建個(gè)粒子加速器，這個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)芨齑钇饋?lái)、更快跑完，把"可能要有大發(fā)現(xiàn)"的時(shí)間窗口大幅提前。

希爾最后這句話，大概是所有參與者的共同期待："這將是理解宇宙大部分由什么構(gòu)成、如何運(yùn)作的一大步。"

從電磁學(xué)到暗物質(zhì)，卡文迪許的金屬殼穿越三百年，等來(lái)的可能是一次意外的第二春。科學(xué)史里這種"老工具解決新問(wèn)題"的故事不算多見(jiàn)，但每次出現(xiàn)，都提醒我們：有時(shí)候答案不在更貴的機(jī)器里，而在被重新看見(jiàn)的舊思路中。