NASA / ESA
标准模型预测的所有粒子都已经被直接探测到。在标准模型中，存在着六种夸克和反夸克、三种带电轻子（电子、μ子、τ子）及与它们相对应的中微子、六种反轻子、八种胶子、三种重矢量玻色子、光子和希格斯玻色子。
尽管这个理论模型如此成功，尽管实验粒子物理如此成功，宇宙中仍然存在着很多未解之谜，而且其中两个谜团之间可能存在着关联。
一大谜团是所谓的暗物质。宇宙中我们所知的物质——光子辐射、夸克构成的普通物质、胶子和电子，以及极少数由中微子构成的热暗物质，它们都包括在标准模型内。但是假如我们把所有的它们加起来，然后进行模拟，最后得到的宇宙和我们现在这个是完全不同的。星系难以出现，恒星的诞生会把星系撕裂，重元素会被抛出星系，岩石行星永远也无法形成，宇宙的大尺度结构看起来会和今天极为不同。
Chris Blake / Sam Moorfield
宇宙微波背景中存在的涨落，小尺度和大尺度上的星系集结，星系异常的自转速度，星系团的引力透镜现象，都要求在标准模型的预言中加入另外一种物质——也就是所谓的暗物质，才能使我们今天所见所知的这个宇宙得以存在。这种暗物质的丰度必须达到普通物质总量的五倍左右，它的含量必须是巨大的，它必须能够聚集在一起，它的运动速度必须比光速慢。所有间接证据都指向暗物质的存在，但我们还从未直接检测到它过。但要知道它究竟是什么，我们必须这么做。
大尺度宇宙中的暗物质密度分布，叠加了气体速度场。Illustris
另一个谜团是中微子的质量。标准模型中的粒子要么是完全没有质量的（比如光子或胶子），要么拥有显著的质量。最轻的粒子，如电子的质量大约是51.1万电子伏，而最重的如顶夸克质量大约是1750亿电子伏。
一直以来，中微子都被认为是没有质量的。但最新的实验结果表明，三种中微子——电子中微子、μ子中微子、τ子中微子拥有极小但非零的质量，它们的质量在毫电子伏的尺度上，大约相当于电子质量的千万分之一。
而这对于一种我们原本预测它没有质量的粒子来说，成了个大问题。这个问题不但在于它们为什么有质量，更在于它们的质量为何如此之小？针对这个问题，有一个观点较为流行。这个观点其实最早是1970年晚期的一批科学家提出的。它认为，中微子的质量就像一个翘翘板。我们所见的中微子都在翘翘板的左边，都是左旋的，也就是说如果我们面对它们运动的方向，它们的自旋方式都是向左的。那么同样的道理，存在于这个翘翘板右手边的应当是一种右旋的中微子。
如果我们假设在大自然中存在一个非常大的质量尺度，如大统一尺度，那么中微子（无论是左旋还是右旋）都应该和其它标准模型粒子一样拥有一个“正常”的质量，这样它们才能在翘翘板上保持平衡。但是假如质量偏向于翘翘板的一侧，它们就会非常不同——左旋中微子非常轻，而右旋中微子会变得非常之重。
这是对中微子振荡方式，以及对中微子质量为何如此微小的解释之一。而对于暗物质是什么，除了超对称假设、额外的维度、轴子等离奇的方案外，还存在一种有趣的可能：这些超重的右旋中微子可能就是暗物质！这些中微子的质量可能并不和其它中微子处于相同的区间，也不和其它标准模型粒子拥有相同的区间，而是非常之重——它们的质量可达其它标准模型粒子的几十亿甚至上万亿倍。因此，这种暗物质的候选者有一个有趣的外号：“弱互作用重粒子哥斯拉（WIMPzillas）”。
这种可能性的非凡之处在于，它出自已知的物理学，它所解释的问题——中微子的质量——也还没有其它好的替代方案。理论物理学中，不同的领域之间为未解之谜相互提供解决方案，会产生巨大的推进作用。而这是一只未受重视的暗物质“哥斯拉”。如果得到证实，那宇宙中失落的所有质量都可以得到解释，今天宇宙中存在的星系、星系团和大尺度宇宙结构都可以得到解释。
寻找暗物质，不仅要着眼于小处，更要有大视野！
Ethan Siegel 文 / 老孙 译
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