如何用大型强子对撞机寻找暗物质？

用大型强子对撞机寻找暗物质之前要解决的问题，必须有一种可以使可见宇宙和暗物质宇宙相互交流的方法。换句话说，我们所碰撞的粒子必须能够通过基本相互作用（又称宇宙基本力）与假定存在的暗物质粒子相互作用。力需要携带的媒介，或称玻色子。电磁力以光子为媒介，弱核力的媒介粒子则是W和Z玻色子。暗物质与常规物质的相互作用应该没什么不同，其发生可能是通过交换“暗玻色子”。

如何用大型强子对撞机寻找暗物质？

即使我们的探测器没有注意到暗玻色子本身，我们也有希望通过它们与一些微小的可观测粒子的相互作用来发现它们——如果它们不是完全“黑暗”的话。考虑到这些相互作用极其微弱，大型强子对撞机可能已经产生了暗物质粒子，只是我们还无法发现它们。

不过，如果以这种方式来搜寻暗玻色子，我们就相当于做了一个可能不成立的假设：暗玻色子会在即刻间衰变。如果现实并非如此呢？暗宇宙，暗物质，之所以是“暗”的，肯定是有着某种隐匿于常规宇宙的方式。这会导致暗玻色子在分解为普通物质之前，具有很短暂但可测量的存在时间。这种分解的残留可能不会在实验中两个质子碰撞的位置出现，而是移动到了一定的距离之外。

大型强子对撞机的设计目的是寻找相互作用点的新粒子。长寿命粒子（无论是否为暗物质粒子）的轨迹追踪十分复杂，受到多个因素的影响。它们可能由更少的测量数据组成，测量点的连接更难；它们可能会遵循非典型的几何路径，进一步妨碍我们的模式识别算法；它们所产生的信号可能还会比常规算法预计的推迟很多。

到目前为止，物理学家在大型强子对撞机的第一次低能量运行数据中还没有任何发现，但他们依然在努力分析第二次较高能量的运行数据。加上此前用于寻找超对称粒子的技术，我们现在有很好的发现暗物质或/和暗相互作用的机会。考虑到大型强子对撞机目前只释放了最终总数据量的1%，利用大型强子对撞机来搜寻暗物质粒子的探索才刚刚开始。