宇宙中的暗物质之谜

宇宙大爆炸理论认为，宇宙诞生之前没有时间、空间、物质和能量。大约150亿年前，一个极小的点发生了爆炸，逐渐膨胀，形成了空间和时间，宇宙也随之诞生并逐渐演化至今。星系、地球、空气、水和生命都在这个不断膨胀的时空中形成。

最近的天文观测和膨胀宇宙论研究表明，宇宙的密度可能由约70%的暗能、5%的发光和不发光物体、5%的热暗物质和20%的冷暗物质组成。这意味着宇宙中有九成是看不见的暗物质，其中可能包含宇宙早期遗留至今的一种看不见的弱相互作用的重粒子——冷暗物质正是支持膨胀宇宙论的关键。

寻找暗物质，探求暗物质的性质成了世界高能物理研究的热点之一。中国科学院高能物理研究所在这方面处于领先地位。1972年，他们曾观测到一个奇特现象，即从宇宙射线中来的能量大于3000亿电子伏特的粒子碰撞石墨中的粒子后，产生了3个带电粒子。分析表明，其中一个粒子是负介子，另一个是质子，还有一个是能量大于430亿电子伏特、寿命长于0.046纳秒的带电粒子。许多科学家认为，若此事能被证实，它将肯定是超出标准模型的新粒子，而这个新粒子就可能是暗物质的粒子。

1979年，科学家发现仙女座背景方向的温度比天空其他方向要高，那里存在着巨大的未知质量。按照牛顿物理万有引力定律，星系中越往外的行星绕该星系中心的转动速度越慢。但已观测到有许多星系，其外边缘行星比中心附近行星绕转得更快。这说明除了看得见的星系或星系团外，还有大量暗物质隐藏其中，它们像晕一样包围着星系和星系团。那么这些像晕一样的东西是由什么物质构成的呢？

20世纪80年代，美国和苏联的一些科学家提出了暗物质的“轴子”模型。按照这个模型，混沌伊始，宇宙就如一坛重子和轴子混合交融的浓汤。后来重子由于辐射能量，慢慢地转移到团块中心去了，结果普通发光物质的核被冷子晕包围，形成了星系似的天体。这个模型简洁美妙，但需要更多的实验来验证。

科学家们认为，冷暗物质粒子应该具有一种质量很重的中性稳定粒子，它不直接参与电磁相互作用，但可以参与弱相互作用和引力相互作用。这种粒子肯定是超出标准模型的粒子，如果能在实验中直接观测到这种粒子，将是探讨物质微观世界结构和基本规律方面的重大突破。