我們宇宙的大部分都缺失了。從最小的星系到橫跨整個宇宙的結構的觀察表明，普通物質--構成你、我和我們在周圍宇宙中看到的一切的物質，只佔所有物質的五分之一。剩下的80%是個謎。
幾十年來，我們試圖用一系列越來越複雜的探測器來搜尋這個“暗物質”，但我們仍然空手而歸。現在是採取新辦法的時候了。也許，將從地球內部提取的古老礦物和現代納米技術結合在一起，就能揭示這種難以捉摸的物質的祕密。
我們看不到暗物質，因為它不與光相互作用。然而，理論模型提供了它可能由什麼構成的線索。最令人信服的解釋是，它是由粒子組成的，就像我們周圍所有普通的東西一樣。最有希望的候選者之一是WIMP，也就是弱相互作用的大質量粒子，它是一個假設的實體，其質量與正常原子核的質量相似。
如果暗物質是由WIMP組成的，那麼一升的物質，無論是空氣，岩石，應該包含一些這些奇異的粒子，以每秒數百公里的速度旋轉。
大多數時候，這些粒子會以它們的方式直接穿過任何物體，就好像它不在那裡一樣。但罕見的是，它們能撞到這個物質的原子核並給它一點刺激。
在過去的30年裡，許多實驗都試圖探測到這些碰撞。這種直接探測的方法包括在實驗室裡監測許多原子核，看看是否有被暗物質粒子觸碰過的原子核。最大的此類實驗，在意大利的格蘭薩索國家實驗室的XENON1T，使用了大約1噸液體氙。觀察時間從2016年底持續到2018年初，但在10^28個氙原子核中，似乎沒有一個被暗物質擊中。
意大利的XENON1T實驗使用了大約一噸的氙來探測暗物質碰撞，但沒有發現任何碰撞。
XENON1T或類似的實驗現並沒有看到任何碰撞，但這並不意味著暗物質是由WIMP組成的想法就不存在了。很難預測WIMP撞擊原子核的頻率，也許我們只需要多觀察10或100倍的原子核才能看到碰撞。
一種新方法。
使用更大、更靈敏的探測器的實驗就是為了做到這一點。例如，運行XENON1T的團隊正在建造一個更大的版本，名為XENONnT，使用大約7噸液態氙。當然，探測器的體積越大，建造的成本就越高，操作也就越困難。
所以一部分研究者開始考慮其他的選擇。與實時監測原子核不同，如果碰撞可以在極長的時間內被記錄下來，那又會怎樣呢？我們需要的材料已經存在，它就在我們腳下。
地球大約有45億年的歷史。例如，如果我們能找到一種“記憶”了10億年暗物質碰撞的物質，那麼研究100克這種物質就會像直接探測10000噸原子核長達10年的實驗一樣有效。
我們的星球上充滿了具有晶體結構的古老礦物，如鹽和鑽石。在許多這樣的晶體中，原子核和暗物質之間的碰撞會使原子核脫離位置。我們的計算表明，當原子核穿過晶體時，它留下的損傷痕跡會非常短，通常不到100納米，或者比人的頭髮薄1000倍。然而，在許多材料中，這些痕跡將被保留超過10億年。由於現代納米技術，現在有了工具來揭示這些微小的化石特徵。由於這個系統使用的是古代礦物，我們稱之為古探測器。
古探測器在實踐中是如何工作的？與直接檢測實驗一樣，虛假信號可能使問題複雜化。暗物質並不是唯一能把原子核踢出位置的東西，在30年的直接探測實驗中，物理學家們已經盡了更大的努力來避免這個問題。
宇宙射線是這種假信號的一個主要來源。這些普通的粒子，儘管能量很高，卻不斷地從太空中落到地球上。與暗物質粒子一樣，當原子核穿過物質時，它們也能推動原子核。然而，宇宙射線不能穿透地球很遠的地方，所以直接探測實驗是在地下深處進行的。例如，XENON1T位於格蘭薩索山下面1.4公里處。這就是為什麼古探測器所需的材料也必須從深處獲取的原因。
這個的方法的一個好處是它只需要幾公斤的晶體。這樣一個適度的數量可以在不太困難的情況下，從比直接檢測實驗室更深的地方獲得，而直接檢測實驗室需要人和卡車才能進入。這種額外的深度將對宇宙射線起到額外的保護作用。
放射性過程是假信號的另一個來源。從地球上挖出的任何物質在某種程度上都受到鈾等放射性元素的汙染。放射性引起的損傷特徵可能與暗物質引起的損傷特徵相似。例如，放射性過程產生高能中子，這些中子由於與原子核碰撞而失去能量，就像WIMP所能做的那樣。
為了限制這種假信號，必須使用最清潔的材料進行古探測。在地殼中形成的晶體太髒了，但大自然提供了兩個汙染較少的來源：地球的海洋和地幔（地殼和地核之間的部分）。
例如，岩漿在地下冷卻時形成的礦物，或形成於蒸發的海洋底部的礦物，比在地殼中形成的礦物清潔得多，因為它們往往含有較少的鈾。我們想要進行古探測的一些礦物是岩鹽、瀉利鹽和菱錳礦。這些可以從為地質研究或從石油勘探的深孔中獲得。然而，在任何物質中都會有放射性的痕跡，這就為古探測的靈敏度設定了一個下限。
一旦獲得了足夠純淨的古代晶體樣品，剩下的任務就是尋找殘留在其中的微小損傷特徵。這要歸功於近年來發展起來的一系列尖端技術，如X射線和氦離子束顯微鏡，這些技術足夠強大，可以縮小到納米尺度。
研究人員還需要一段時間才能用古探測器尋找暗物質。到目前為止，我們已經奠定了理論基礎，展示了什麼是可能的。在今年晚些時候，科學家將開始小規模的試驗性測試。為了確保我們能夠測量由WIMP引起的任何損傷軌跡，我們將使用中子爆炸在晶體中創建類似的軌跡。我們還將測量來自不同地方的一系列礦物中的放射性汙染，看看哪種可能是最有希望的古探測方法。
幾十年來，暗物質的本質一直無法被揭示。古代礦物和現代技術的結合可能最終解開了這個謎團。