非重子物質

你所觸碰過的一切——你的手、這頁紙、空氣、群星——都由原子構成，而原子沉重的內核（質子和中子）屬於一類叫重子的粒子。「重子物質」是普通原子物質的簡稱。「非重子物質」指的是根本不由質子和中子構成的東西——一種本質上不同的材料。現代宇宙學的關鍵論斷是：大部分暗物質是非重子的：它不是暗弱的恆星、冷氣體或流浪行星，而是完全在元素週期表之外的某種東西。

我們怎麼可能知道暗物質不只是恰好不發光的普通物質，比如燃盡的恆星或黑洞？兩條乾淨俐落的論證給出了定論。第一，大霹靂核合成：大霹靂後最初幾分鐘裡鍛造出的氫、氦、鋰的數量，敏感地取決於存在多少重子。測得的豐度把重子總密度釘在僅約宇宙的 5%——遠不足以充當全部暗物質。第二，宇宙微波背景獨立地測量重子密度，得到同樣的小數字。兩者都說：宇宙裡的重子太少了，重子當不了暗物質。

所以暗物質必定是某種全新的東西。領頭的候選者——WIMP、軸子、惰性微中子——全是假想的非重子粒子，描述普通物質的那部分久經檢驗的物理並沒有預言它們。這正是暗物質如此激動人心的原因之一：證實它就意味著發現自然界一種新的基本磚塊。它也是保持謙遜的理由——我們正聲稱宇宙中大部分物質，由一種沒有任何實驗室曾經直接辨認出的物質構成。