宇宙學家可能著迷于暗物質“能做什么”，而粒子物理學家則更關心暗物質“是什么”。對粒子物理學家來說，暗物質應該（理所當然地）是一種粒子，盡管仍然找不到任何有關它的數據。

過去幾十年來，我們對于這種粒子究竟是什么有一個誘人的猜想，即這是一類新的超對稱粒子中最輕的一種粒子。超對稱是粒子和力的標準模型的延伸，很好地解決了希格斯玻色子的質量，以及力的性質和暗物質粒子特性等懸而未決的問題。

事實上，超對稱預言了大量的新粒子——我們已知的每種粒子都有其相對應的超對稱粒子。盡管這些新粒子中可能有一種組成了暗物質，但對于許多粒子物理學家來說，這可能只是一個令人高興的意外結果。不過，在對大型強子對撞機（LHC）第一次（2010—2012）和第二次（2015—2018）運行的數據分析之后，物理學家并未發現超對稱粒子——事實上除了希格斯玻色子之外沒有任何新的粒子。

因此，在繼續尋找超對稱粒子的同時，粒子物理學家也在嘗試從新的角度看待宇宙學家所了解的暗物質。

 

如果找不到暗物質，可以試試先尋找暗相互作用

 

事實上，有些人認為，LHC和未來的對撞機的主要目標之一便是創造和研究暗物質。要實現這一目標，就必須有一種可以使可見宇宙和暗物質宇宙相互交流的方法。換句話說，我們所碰撞的粒子必須能夠通過基本相互作用（又稱宇宙基本力）與假定存在的暗物質粒子相互作用。力需要攜帶的媒介，或稱玻色子。電磁力以光子為媒介，弱核力的媒介粒子則是W和Z玻色子。

暗物質與常規物質的相互作用應該沒什么不同，其發生可能是通過交換“暗玻色子”。

 

標準模型中的每種粒子可能都有對應的超對稱粒子，但尋找這些看不見的粒子顯然比物理學家原先預計的更加困難。

 

即使我們的探測器沒有注意到暗玻色子本身，我們也有希望通過它們與一些微小的可觀測粒子的相互作用來發現它們——如果它們不是完全“黑暗”的話。考慮到這些相互作用極其微弱，大型強子對撞機可能已經產生了暗物質粒子，只是我們還無法發現它們。

兩個質子在大型強子對撞機里碰撞時可能已經產生了暗玻色子，而暗玻色子可能會衰變為暗物質粒子，這一過程躲過了探測器，不留下半點痕跡。但是，通過合計所有觀察到的粒子，并找出動量的不平衡——意味著有什么東西消失了——或許就能推導出暗物質粒子的存在。

另一種方法是，暗玻色子可能會衰變為普通粒子，比如夸克，從而在我們的數據中留下清晰的模式。我們可以對看不見的玻色子進行同樣的粒子分析。這正是LHC探測器被設計出來所要承擔的工作，在碰撞數據中，物理學家將繼續搜尋暗物質粒子的信號。

不過，如果以這種方式來搜尋暗玻色子，我們就相當于做了一個可能不成立的假設：暗玻色子會在即刻間衰變。如果現實并非如此呢？暗宇宙，暗物質，之所以是“暗”的，肯定是有著某種隱匿于常規宇宙的方式。這會導致暗玻色子在分解為普通物質之前，具有很短暫但可測量的存在時間。這種分解的殘留可能不會在實驗中兩個質子碰撞的位置出現，而是移動到了一定的距離之外。

大型強子對撞機的設計目的是尋找相互作用點的新粒子。長壽命粒子（無論是否為暗物質粒子）的軌跡追蹤十分復雜，受到多個因素的影響。它們可能由更少的測量數據組成，測量點的連接更難；它們可能會遵循非典型的幾何路徑，進一步妨礙我們的模式識別算法；它們所產生的信號可能還會比常規算法預計的推遲很多。

不過，這正是物理學家所追求的那種挑戰。通過舊技巧的重新使用并發明全新的方法，物理學家改進了算法，使其對這些非典型粒子模式更加靈敏。俄亥俄州立大學的物理學教授安東尼奧·博維亞（Antonio Boveia）和克里斯托弗·S·希爾（Christopher S。 Hill）認為，我們現在可以探測到衰變至距離起源點數米以外的暗玻色子，這已經涵蓋了大多數可能的情況。甚至暗玻色子衰變為何種物質都沒關系，只要普通物質的粒子（我們的探測器能夠記錄到）最終是以殘留物的形式存在。

到目前為止，物理學家在LHC的第一次低能量運行數據中還沒有任何發現，但他們依然在努力分析第二次較高能量的運行數據。加上此前用于尋找超對稱粒子的技術，我們現在有很好的發現暗物質或/和暗相互作用的機會。考慮到LHC目前只釋放了最終總數據量的1%，利用LHC來搜尋暗物質粒子的探索才剛剛開始。