2018年12月，美国能源部（DOE）发布了《暗物质小型项目新计划的基础研究需求》报告。该报告是2018年10月15～18日举行的关于暗物质科学基础研究需求的高能物理研讨会的总结报告，研讨会的目的是确定寻找暗物质粒子的基本研究需求，通过利用DOE现有基础设施和能力的小型项目加以实现，重点是开辟关于宇宙中物质性质的新发现领域，以及有可能对科学和技术产生重大影响的领域[1]。

了解暗物质是现代科学中最重要的基本目标之一，最近的理论发展凸显了搜寻暗物质粒子的重要性。值得注意的是，500万～1500万美元规模的小型项目可以探索构成暗物质的基本粒子或波的关键里程碑事件。美国粒子物理项目优先小组（P5）将搜寻暗物质确定为DOE高能物理计划的五大优先科学驱动因素之一，并建议了一系列小型项目。在P5报告建议的指导下，2018年10月举办的基础研究需求研讨会确定了三个优先研究方向。这些优先研究方向将利用当前的DOE设施（在地上和地下以及加速器中的实验室）并作为正在进行的第二代暗物质计划的补充。第二代暗物质计划主要关注质量大于质子的暗物质粒子和探索波状暗物质，研讨会建议对质量小于质子的暗物质粒子进行搜寻，作为第二代暗物质计划的补充。总体目标是最终了解宇宙中物质的本质。

优先研究方向1：利用能够产生高能粒子束的DOE加速器，创建并检测小于质子质量的暗物质粒子和相关的力。高能粒子的相互作用重现了早期宇宙中暗物质生成的条件。使用已有探测器技术的小型实验能以足够的灵敏度检测暗物质的产生，从而测试对暗物质起源的解释并探索其相互作用的性质。这些实验借鉴了多个DOE加速器（连续电子束加速器设备、直线加速器相干光源-II、散裂中子源、洛斯阿拉莫斯中子科学中心和费米实验室加速器综合设施）的独特功能，可在不破坏其现有计划的情况下实现变革性新科学。

优先研究方向2：通过与先进的超灵敏探测器的相互作用，探测小于质子质量的单个银河系暗物质粒子。银河系暗物质时刻都在悄无声息地穿过地球。粒子理论的最新进展凸显了暗物质起源及其探测的引人注目的新范式。革命性的技术进步允许人们通过暗物质与先进探测器中的电子和原子核的相互作用，发现质量范围从单个质子质量到其12个数量级以内的单个暗物质粒子。新的小型项目将利用这些理论和技术进步，通过使用DOE实验室、基础设施、人员和地下设施开展研究。

优先研究方向3：利用“量子色动力学（QCD）轴子”技术探测波暗物质。量子传感器的最新理论进展和发展能探索以前无法观察的暗物质波，发现这些暗物质波将有助于了解宇宙起源中的最早时期和超高能量的自然定律。DOE的资源、基础设施、技术能力和人员需要实现最大的影响。

这三个优先研究方向构成了一个全面的、探索小于质子质量的暗物质的小型项目计划。该计划能以适中的成本实现，因为它利用现有和计划中的大规模DOE投资以及加速器、地下实验室、探测器研发、新型量子传感和理论物理学方面的专业知识。这些新方向的项目的研究结果将有助于成功解开暗物质的性质、它的相互作用以及它在宇宙中的起源的奥秘。                                             （黄龙光）