科学家正逐步揭开宇宙最大谜团

马哈帕特拉将人类对宇宙有限的认知（或认知的匮乏）比作一个著名的寓言：“这就像只摸大象的尾巴来描述大象。我们能感知到某种庞大而复杂的存在，却只抓住了其中极小的一部分。”他及其合著者的研究近期发表在权威期刊《应用物理快报》上。

### 什么是暗物质和暗能量？
暗物质和暗能量的命名源于科学家对它们尚不了解的部分。暗物质构成了星系和星系团的大部分质量，在巨大宇宙尺度上对它们的结构形成起着重要作用；暗能量则指驱动宇宙加速膨胀的力。简单来说，暗物质就像“宇宙胶水”，而暗能量推动空间加速膨胀。尽管两者都极为丰富，但它们都不发射、吸收或反射光，导致直接观测极为困难。科学家转而通过引力研究其影响——引力会影响星系运动和大尺度结构形成。暗能量约占宇宙总能量的68%，暗物质约占27%。

### 在“飓风”中捕捉“低语”
在得克萨斯农工大学，马哈帕特拉的研究团队正在开发具有极高灵敏度的探测器。这些仪器旨在探测那些极少与普通物质相互作用的粒子，这类相互作用可能为暗物质的本质提供关键线索。“挑战在于暗物质的相互作用极其微弱，我们需要能探测到可能一年甚至十年才发生一次的事件的探测器，”马哈帕特拉表示。他的团队参与了一项全球领先的暗物质搜索项目，使用名为TESSERACT的探测器。“这关乎创新，”他说，“我们正在寻找方法来放大以前被噪声掩盖的信号。”得克萨斯农工大学是参与TESSERACT实验的少数机构之一。

### 突破探测极限
马哈帕特拉目前的研究建立在数十年推进粒子探测方法的经验之上。过去25年里，他为SuperCDMS实验做出了贡献，该实验开展了一些世界上最灵敏的暗物质搜索。2014年，他与合作者在《物理评论快报》发表的论文中，在SuperCDMS实验中引入了电压辅助量热电离探测技术——这一突破使得研究低质量WIMPs（一种主要的暗物质候选者）成为可能，显著提升了科学家探测此前无法触及的粒子的能力。2022年，他合著的另一项研究探讨了寻找WIMP的多种方法（包括直接探测、间接探测和对撞机搜索），强调了结合不同策略解决暗物质问题的重要性。“没有任何单一实验能给我们所有答案，”马哈帕特拉指出，“我们需要不同方法之间的协同作用，才能拼凑出完整的图景。”

理解暗物质远不止学术好奇，它可能揭示支配宇宙的基本原理。“如果能探测到暗物质，我们将开启物理学的新篇章，”马哈帕特拉说，“这项搜索需要极其灵敏的传感技术，还可能催生出我们如今无法想象的新技术。”

### 什么是WIMPs？
WIMPs（大质量弱相互作用粒子）被认为是暗物质最有希望的候选者之一。这些假设的粒子通过引力和弱核力相互作用，这也解释了为何它们难以探测。
- **为何重要**：若WIMPs存在，可解释宇宙中“缺失的质量”。
- **如何搜索**：像SuperCDMS和TESSERACT这样的实验，依靠冷却至接近绝对零度的超灵敏探测器，捕捉WIMPs与普通物质之间罕见的相互作用。
- **挑战**：一个WIMP可能穿过地球而不留下任何痕迹，研究人员可能需要数年数据才能识别出哪怕一个事件。