作者佩萨赫·本森（Pesach Benson） • 2026年9月15日

耶路撒冷，2026年9月15日（TPS-IL）——一个由以色列、意大利和克罗地亚科学家组成的团队已经识别出三种现有材料，这些材料可以使未来对某些最轻形态暗物质的搜寻工作比现有方法允许的灵敏度提高多达1,000倍。

暗物质是一种看不见的物质，科学家认为它构成了宇宙中大约85%的物质。它无法被看见，因为它不发射、吸收或反射光，但它的存在是通过其对星系和其他宇宙结构的引力作用间接探测到的。尽管经过了几十年的搜寻，没有任何实验曾直接探测到一个暗物质粒子。

这项发表在经同行评审的《物理评论快报》（Physical Review Letters）杂志上的新研究并未声称已经发现了暗物质。相反，研究人员通过计算机建模计算得出，三种专门的材料可以使未来的探测器更容易捕捉到极其微弱的能量信号，这些信号预计是暗物质与普通物质相互作用时留下的。

这项研究由耶路撒冷希伯来大学的约尼特·霍赫贝格（Yonit Hochberg）教授和罗特姆·奥瓦迪亚（Rotem Ovadia）、克罗地亚物理研究所的迪诺·诺夫科（Dino Novko）博士以及意大利中部拉奎拉大学的安东尼奥·波利塔诺（Antonio Politano）教授共同进行。

不寻常的材料，不寻常的灵敏度

这三种材料被称为“量子材料”——其电学行为受量子力学效应支配的物质，这赋予了它们构建高灵敏度探测器所需的非凡特性。它们分别是：二硒化钛、钌酸锶，以及经过化学改性（称为“空穴掺杂”过程）以改变其电学性质的金刚石。

这三种材料中没有哪一种是全新的或生产奇特的——所有这些材料都可以使用现有的实验室技术制造出来。

新发现是通过计算机模拟得出的，即它们可能非常适合捕捉一类特别难以捉摸的暗物质：比现有大多数实验设计用于探测的粒子轻得多的粒子。

由于较轻的粒子在撞击探测器时只会沉积少量的能量，因此它们更难捕捉——大多数现有的设备根本没有足够的灵敏度来注意到它们。物理学家经常使用称为电子伏特的单位来描述粒子质量，研究人员对质量小于约100万电子伏特（megaelectronvolt）——大致相当于构成原子核的粒子之一质子的两千分之一——的粒子特别感兴趣。这么轻的粒子被认为用现有技术特别难以探测。

在这三种材料中，二硒化钛在模拟中产生了最显著的结果，根据所涉的具体粒子质量，与目前在暗物质搜寻中使用的材料相比，它有可能将探测器灵敏度提高100到1,000倍。研究人员表示，关键在于这些材料内部电子的运动方式。

在特定条件下，材料中的电子可以在协调的波状模式中一起振动——物理学家称之为“等离激元”的现象。研究表明，这些微小的集体振动可以放大暗物质粒子将产生的极其微弱的信号，使其更容易被探测到。

暗物质“指南针”

研究人员还发现了可能用于过滤假信号的有用之处：其中两种材料——二硒化钛和钌酸锶——根据暗物质粒子到达的方向做出不同的反应。

由于地球在旋转，实验室探测器与预计暗物质来源方向之间的角度在一天的过程中会发生变化。如果探测器确实捕捉到了一个真实的暗物质信号，该信号应该以可预测的日常模式改变强度——就像一个指南针一样，帮助科学家将真实的探测与背景噪声或误报区分开来。

研究人员强调，他们的发现是基于理想条件下计算机建模的理论预测，而不是对暗物质的实际探测。下一步将是使用这些材料建造真实的探测器，以通过实验测试这些预测。

研究人员写道：“我们的研究结果促使人们探索这些及类似材料作为下一代暗物质（DM）探测器组成部分的前景，”并补充说，其他尚未检验的量子材料可能在搜寻中具有类似的未开发潜力。