宇宙中的暗物質之謎
宇宙大爆炸理論認爲，宇宙誕生之前沒有時間、空間、物質和能量。大約150億年前，一個極小的點發生了爆炸，逐漸膨脹，形成了空間和時間，宇宙也隨之誕生並逐漸演化至今。星系、地球、空氣、水和生命都在這個不斷膨脹的時空中形成。
最近的天文觀測和膨脹宇宙論研究表明，宇宙的密度可能由約70%的暗能、5%的發光和不發光物體、5%的熱暗物質和20%的冷暗物質組成。這意味着宇宙中有九成是看不見的暗物質，其中可能包含宇宙早期遺留至今的一種看不見的弱相互作用的重粒子——冷暗物質正是支持膨脹宇宙論的關鍵。
尋找暗物質，探求暗物質的性質成了世界高能物理研究的熱點之一。中國科學院高能物理研究所在這方面處於領先地位。1972年，他們曾觀測到一個奇特現象，即從宇宙射線中來的能量大於3000億電子伏特的粒子碰撞石墨中的粒子後，產生了3個帶電粒子。分析表明，其中一個粒子是負介子，另一個是質子，還有一個是能量大於430億電子伏特、壽命長於0.046納秒的帶電粒子。許多科學家認爲，若此事能被證實，它將肯定是超出標準模型的新粒子，而這個新粒子就可能是暗物質的粒子。
1979年，科學家發現仙女座背景方向的溫度比天空其他方向要高，那裏存在着巨大的未知質量。按照牛頓物理萬有引力定律，星系中越往外的行星繞該星系中心的轉動速度越慢。但已觀測到有許多星系，其外邊緣行星比中心附近行星繞轉得更快。這說明除了看得見的星系或星系團外，還有大量暗物質隱藏其中，它們像暈一樣包圍着星系和星系團。那麼這些像暈一樣的東西是由什麼物質構成的呢？
20世紀80年代，美國和蘇聯的一些科學家提出了暗物質的“軸子”模型。按照這個模型，混沌伊始，宇宙就如一罈重子和軸子混合交融的濃湯。後來重子由於輻射能量，慢慢地轉移到團塊中心去了，結果普通發光物質的核被冷子暈包圍，形成了星系似的天體。這個模型簡潔美妙，但需要更多的實驗來驗證。
科學家們認爲，冷暗物質粒子應該具有一種質量很重的中性穩定粒子，它不直接參與電磁相互作用，但可以參與弱相互作用和引力相互作用。這種粒子肯定是超出標準模型的粒子，如果能在實驗中直接觀測到這種粒子，將是探討物質微觀世界結構和基本規律方面的重大突破。
