多年來,位於歐洲核子研究組織(CERN)的大型強子對撞機(LHC)內部,頻繁出現一種令物理學家困惑的異常訊號。物理學家將這些突發性的束流損失(Beam Loss)現象稱為「未確認墜落物」(Unidentified Falling Objects,UFO)。儘管名稱帶有些許科幻色彩,但物理學家相當確定,這些事件其實是微觀塵埃顆粒飄入高能質子束流中所造成的干擾。
然而,LHC堪稱人類有史以來打造過最潔淨、控制最嚴密的實驗儀器之一。究竟是什麼力量能將這些微小的灰塵從管道壁上「震落」?
誰在輕敲這座「瑞士精密鍾」?
加拿大英屬哥倫比亞大學(UBC)的物理學家梁勛宇(Xunyu Liang)與日特尼茨基(Ariel Zhitnitsky)提出了一個大膽的假說:宇宙中最神秘的謎團——暗物質(Dark Matter),可能就是引發這些異象的元兇。
研究團隊形象地比喻:「如果將LHC想像成一座巨大且極度精密的瑞士鐘錶,即使周圍存在許多細微擾動,它依然能精準運作。但在我們的構想中,當一團暗物質從數十公里外的地下穿過地球時,可能會引發極其微弱的聲學衝擊波。這種振動傳遞至27公里長的LHC管道,便可能將束流屏(Beam Screen,加速器真空管道內層的防護屏障)上微米級的灰塵抖落。一旦灰塵飄入質子束中,就會引發連鎖反應並造成束流損失。」
一場美麗的誤會催生新構想
這項創新假說的誕生,源於一次意外的思維跳躍。
梁勛宇與日特尼茨基長期致力於研究一種假想的宏觀暗物質形式——「軸子夸克團塊」(Axion Quark Nuggets,AQN)。當他們得知LHC的UFO現象是由微塵引起時,一個關鍵細節吸引了他們的注意:物理學家估計那些塵粒的尺寸約為幾微米,恰好與AQN的理論預測尺寸相當。
最初,他們懷疑這些「未確認墜落物」是否就是AQN本身。儘管進一步計算表明,兩者尺寸的吻合純屬巧合,直接捕捉AQN的可能性極低,但這條看似失敗的線索卻引發了新的思考:如果AQN不是灰塵本身,它們會不會就是震落灰塵的背後推手?
研究團隊表示:「這是一個極具啟發性的科學案例——一個最初的誤解,最終發展成一套嚴謹且前所未有的研究方案。我們提出的,可能是首個利用 LHC來搜尋『宏觀、非基本粒子型暗物質』的具體構想。」
暗物質團塊的物理「指紋」
暗物質占據了宇宙質量的絕大部分,但由於它幾乎不與普通物質發生電磁交互作用,科學家至今只能透過重力效應確認其存在。
當前主流的直接探測實驗,多集中於尋找極其微小的「微觀基本粒子」——如WIMP(弱交互作用重粒子)或單個「軸子」(Axion)。這類實驗如同在浩瀚宇宙中捕捉微觀的「幽靈粒子」。
相比之下,AQN被假定為質量可高達1公斤(2.2磅)左右的高密度暗物質宏觀凝聚態。當AQN以高速穿過地球時,能在周圍介質中產生微弱但可測量的「地下聲學衝擊波」。這樣的震動可能足以把幾粒灰塵抖進質子束中,觸發一次束流損失事件。
根據團隊的物理模型計算:
•若一個AQN在距LHC約100公里(62英里)的範圍內穿過地球,其產生的聲學波傳至加速器時,信號強度約為背景雜訊的5倍。
•這種振動會在27公里(17英里)長的LHC環型隧道沿線引發獨特的物理指紋——在短短2秒鐘內,連續不同位置的監測器會出現3次以上高度關聯的UFO事件。

歐洲核子研究組織(CERN)大型強子對撞機的CMS偵測器。(CERN)
零額外成本:全球加速器組成的聲學偵測網
這項假說最吸引人的特點在於,它完全不需要建造新的暗物質「專用探測器」或修改現有設備。
LHC原本就已安裝了數千個「束流損失監測器」(Beam Loss Monitors,BLM),其原始目的是為了在束流偏逸時快速安全關機,保護加速器免受損壞。然而,這些現成的安全裝置,恰好成為了探測地下衝擊波與暗物質異象的最佳感測器網絡。
這項研究並不意味著需要立即進行昂貴的實驗,而是呼籲科學家對LHC過去累積的巨大歷史數據進行重新挖掘,尋找是否早已存在符合預測規律的連鎖UFO訊號。
此外,該方法同樣適用於全球其它大型粒子加速器(如日本的SuperKEKB或美國的RHIC)。若能整合多個設施的監測數據,將可構建出一個全球性的聲學探測網絡,為擺脫傳統「基本粒子」框架的暗物質搜尋開闢全新的物理學路徑。
這項突破性的理論研究已發表於《物理評論D》(Physical Review D)。


















