一世如果我告诉你，我有99.81%的把握我有了重大发现，你可能会建议，是时候开香槟庆祝了。如果我说这一发现解决了科学界最大的突出问题之一，可能会让我买票去斯德哥尔摩领取诺贝尔奖，你可能会建议点一箱我能找到的最好的香槟，然后开始计划我的获奖感言。毕竟，99.81%的确定性已经相当不错了;这远远超过了95%统计学意义“在大多数研究领域。
但大多数物理学家会告诉我，在我摆脱剩下的0.19%的不确定性之前，先不要讨论泡沫。多多少?简单的回答是，“几乎全部。”
暗物质是一种神秘的物质，占据了宇宙的大部分质量，并塑造了它的整个历史——如果没有它，我们就不会存在。然而，多年来对暗物质粒子的研究让我们对这种物质的样子一无所知，这让许多物理学家感到非常沮丧。发现它，了解它的性质，可以帮助填补宇宙如何达到现在的状态的许多细节。
所以，你可能认为科学家们会非常兴奋最近的公告科学家们有99.81%的把握说，一个潜在的暗物质发现不是偶然的。不幸的是，对那些目击的人来说，声称发现了物理学，尤其是暗物质，结果是一件非常复杂的事情。
诱人的提示
暗物质得名并非因为它是黑色的，而是因为我们看不见它。当天文学家计算出没有足够的物质产生足够的引力来保持星系的旋转并把它们吸引到一起形成巨大的星团时，这个难题就出现了。他们假设一定有某种我们看不到的物质产生了额外的引力。因为它是不可见的，我们知道它不与光或其他形式的辐射相互作用。事实上，它也不能与普通物质发生太多的相互作用，否则我们现在已经看到它撞击我们的探测器了。但它确实产生了引力，自大爆炸后不久，它的引力就一直在影响着宇宙的演化。由于当时温度太高，原子不可能存在，科学家们决定暗物质一定是一种粒子，并给它起了个绰号:WIMP，意思是弱相互作用的大质量粒子。
如果大质量弱相互作用粒子不与光或其他粒子相互作用，你怎么可能探测到一个呢?根据暗物质行为的一些模型，整个“不与常规物质相互作用”的想法只是一个近似。在非常非常罕见的情况下，暗物质粒子可以与普通物质发生非常非常微弱的相互作用。暗物质粒子有时会轻推其中一个原子，而不是撞击探测器。许多团队已经建造了专门的探测器，对这些极低能量的推力非常敏感。
其中一个团队是超低温暗物质搜索(SuperCDMS)。他们在矿井深处放置了一些极其敏感的探测器，以使它们远离所有会在地球表面轰击它们的能量。硬件被冷却到接近绝对零度，这样探测器内部原子的振动就不会产生虚假信号。研究小组学会了识别从矿井壁原子的放射性衰变中过滤进来的游离电子和中子。然后他们等了几年。
在那段时间里，他们捡到了三个事件[PDF]看起来像暗物质颗粒的影响。但他们的计算说他们根本不应该看到，这三场比赛中只有.19％的机会来自他们的设备。（研究人员报告了5％的机会看到了三次影响，随机的机会看到三个影响紧密地丛生在一起，就像他们一样。）非常令人兴奋，对吧？
达到对确定性
不幸的是，物理学家们在过去99%的确定性都是错误的——当更多的数据进来时，这些确定性就消失了。这些确定性可以用一种叫做标准差的统计度量来表示，缩写为σ或sigma。根据粒子物理学的惯例，要宣布一个发现，一个发现必须是5 σ:如果没有真正的信号来检测，只有0.0001%的人会看到类似的结果，而研究人员只是在观察随机噪声的集合。
SuperCDMS的99.8%的确定性是只有大约三个西格玛．
至关重要的是，这种价值假设团队做了所有正确的事。这是无法保证的，正如最近电缆连接松动的案例所证明的看起来像一个名为中微子的颗粒比光速更快地移动．除了这些硬件错误之外，还有从理论上误入歧途的可能性。为了得到他们的结果，作者们不得不建立各种各样的潜在噪音模型——随机放射性衰变、杂散电子等等——在他们的探测器中是什么样子的，以及他们看到这些噪音的频率。
尽管SuperCDMS背后的团队充满了非常聪明的人，但这个过程涉及许多假设和逼近——他们总是有可能没有考虑到一个或另一个复杂的因素。在信号变得更强之前，这些假设甚至不会被认为有足够的重要性，让其他物理学家认真研究数据，看看它是否准确和重要。
交叉信号
SuperCDMS的结果在一个方面是良好的。就在矿井的另一边是一个叫做CoGeNT的暗物质探测器，它报道看到一个达到2.8的信号。关键的是，这两个探测器对粒子的质量大致一致。如果用能量来表示(正如爱因斯坦指出的那样，一个粒子的能量和质量是直接相连的)，CoGeNT看到了一个质量为7千兆电子伏的暗物质粒子。SuperCDMS粒子的重量似乎在8.6 GeV左右。这并不完全相同，但它足够接近，两个探测器可以看到相同的东西。
位于意大利的DAMA/LIBRA探测器也发现了类似的质量。使用一种完全不同的技术季节性变化在粒子探测中，可能会反映出地球的轨道，推动它对抗每年春天的暗物质流。
这是好消息。坏消息是另一种名为氙-100的探测器似乎可以完全排除这种可能性．这就是让人困惑的地方。CoGeNT团队并不认为Xenon-100真的完全排除了这些可能性。氙-100团队不相信有说服力的结果。CDMS研究人员在很大程度上置身于争论之外。似乎没有人相信DAMA/LIBRA的结果，部分原因是探测器背后的团队对实验细节一直保持谨慎。
在具有相关数据的太空中也有一些实验，但它们不会更清楚地制作。它认为暗物质颗粒有时可以与自己碰撞，在残骸中留下精力充沛的反物质。最初似乎似乎似乎似乎发达了卫星的探测器，但在收集更多数据后，就会产生证据信号消失了（在任何情况下，颗粒比8gev更重）。这同样的事情发生了费米太空望远镜观测到130GeV粒子的证据在更多的数据进入后逐渐消失。与此同时，国际空间站上的一个粒子探测器看到了很多反物质，但没有看到任何暗物质信号。
如果这些看似矛盾的结果让你有点困惑，别担心——它们可能也让很多物理学家感到困惑。最终，任何暗物质的发现都必须对大多数暗物质有一定意义。每个实验不仅要处理自身的不确定性，还要处理整个领域的不确定性。
面对证据理论
因为暗物质影响着宇宙的演化，所以宇宙本身也能告诉我们我们的实验是否在正确的轨道上。如果一个粒子的质量与CoGeNT和SuperCDMS观测到的质量相当(约为8GeV)，那么它就被认为是“轻”粒子，因为它的质量大约是W、Z和希格斯粒子的10倍。科学家也有很多理由不喜欢轻暗物质粒子。
其中一些只是实用;光粒子将在探测器中产生较小的信号，使得更容易与背景噪声混淆。但其他人纯粹是理论。例如，领先的候选者解释我们所知道的任何粒子的粒子被称为超对称。大多数超对称颗粒是不稳定的，但最轻（称为“中性”）的最轻（中核“）应该是稳定的，并且它将成为优异的暗物质颗粒。但期望中性量相对较重。当然，它也仍然是理论的;大型强子撞机迅速缩小我们可能希望找到中性的空间，尚未提示信号。
宇宙本身也可能告诉我们要思考得重。尽管暗物质只通过引力相互作用，但这些相互作用已经足以创造宇宙的结构。要做到这一点，暗物质必须移动得足够慢，以便引力抓住它——用物理学术语来说，它必须是“冷的”。但大爆炸后不久，大质量弱相互作用粒子就停止了与任何物体的相互作用，当时宇宙非常热，从那时起，它们就没有办法失去这些热量。如果粒子质量很大，这个明显的矛盾最容易解决。即使它携带了大量的能量，粒子的质量意味着它的运动速度仍然足够慢，足以让重力抓住它。
如何解决这种困惑呢?通过大型强子对撞机(Large Hadron Collider)等加速器发现粒子的传统方法就是一个很好的例子。所有用于粒子探测的大型加速器都包含两个探测器，采用不同的技术，因此任何与硬件相关的吸虫都可以得到控制。直到物理学家们看到使用这两种方法的显著信号，他们才会认为问题还没有解决。(例如，希格斯玻色子是由两个不同的探测器在LHC。）这种态度可能会被携带到暗物质上，许多等待在自信之前在两个独立的探测器上等待发现的迹象。如果确实发生了，那么物理的其余部分会调整。认为他们会排除粒子的存在会回去的球队，并试图弄清楚他们做错了什么。天文学结果将重新分析，弄清楚为什么没有明显的信号。和理论家将弄清楚他们的许多模型可以适应对新结果的感觉，如果原来是一个胸围，放弃超对称。宇宙学家会找到一种方法，如果需要，可以做一个打火机的工作。
但是，直到有更好的证据 - 一个比三西格玛更强大的信号，从至少一个其他实验确认，以及其他实验的矛盾证据的一些解释 - 这似乎已经太早得出结论，暗物质的神秘已经解决了。
John Timmer科学编辑在吗ARS Technica.．他还在康奈尔医学院(Cornell Medical College)、石溪大学(Stony Brook University)和其他机构教授科学家如何与公众和彼此沟通。
