非重子物质

你所触碰过的一切——你的手、这页纸、空气、群星——都由原子构成，而原子沉重的内核（质子和中子）属于一类叫重子的粒子。「重子物质」是普通原子物质的简称。「非重子物质」指的是根本不由质子和中子构成的东西——一种本质上不同的材料。现代宇宙学的关键论断是：大部分暗物质是非重子的：它不是暗弱的恒星、冷气体或流浪行星，而是完全在元素周期表之外的某种东西。

我们怎么可能知道暗物质不只是恰好不发光的普通物质，比如燃尽的恒星或黑洞？两条干净利落的论证给出了定论。第一，大爆炸核合成：大爆炸后最初几分钟里锻造出的氢、氦、锂的数量，敏感地取决于存在多少重子。测得的丰度把重子总密度钉在仅约宇宙的 5%——远不足以充当全部暗物质。第二，宇宙微波背景独立地测量重子密度，得到同样的小数字。两者都说：宇宙里的重子太少了，重子当不了暗物质。

所以暗物质必定是某种全新的东西。领头的候选者——WIMP、轴子、惰性中微子——全是假想的非重子粒子，描述普通物质的那部分久经检验的物理并没有预言它们。这正是暗物质如此激动人心的原因之一：证实它就意味着发现自然界一种新的基本砖块。它也是保持谦逊的理由——我们正声称宇宙中大部分物质，由一种没有任何实验室曾经直接辨认出的物质构成。