宇宙大爆炸理論認為：宇宙誕生之前，沒有時間，沒有空間，沒有物質，也沒有能量。約150億年前，一個很小的點爆炸了，逐漸膨脹，形成了空間和時間，宇宙隨之誕生，并經過膨脹、冷卻演化至今，星系、地球、空氣、水和生命便在這個不斷膨脹的時空里逐漸形成。
最近的天文觀測和膨脹宇審論研究表明，宇宙的密度可能由約70%的暗能、5%的發(fā)光和不發(fā)光物體、5%的熱暗物質和20%的冷暗物質組成。也就是說，宇宙中竟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。
正因為宇宙中的暗能、暗物質至今尚未被發(fā)現，所以科學家們給我們留下了一系列關于宇宙中的暗物質問題的謎團。人類共同關心的問題是：宇宙中的暗物質究竟有多少？它們在宇宙中占有多大的比例？目前天文學家還無法確知。只是給出了一些估計的數字：在宇宙的總質量中，重子物質約占2%，也就是說，宇宙中可觀測到的各種星際物質、星體、恒星、星團、星云、類星體、星系等的總和只占宇宙總質量的2%，98%的物質還沒有直接觀測到。在宇宙中非重子物質的暗物質當中，冷暗物質約占70%，熱暗物質約占30%。
緊接著，下一個問題又來了：宇宙中存在的大量非重子物質的暗物質組成成分究竟是些什么粒子?它們的形成及運動規(guī)律又是怎樣的呢?于是尋找暗物質，探求暗物質的性質就成了世界高能物理研究的熱點之一，尋找的途徑包括在超大型加速器上的實驗，還包括在地下、地面和宇宙空間對宇宙線粒子的測量。中國科學院高能物理研究所在尋找暗物質的研究方面在國際上一直處于領先地位。1972年高能所云南高山宇審線觀測站曾觀測到一個奇特現象，即觀察到一個從宇宙射線中來的能量大于3000億電子伏特的粒子碰撞石墨中的粒子后，產生了3個帶電粒子。分析表明，其中一個是負介子，一個是質子，還有一個是能量大于430億電子伏特、壽命長于0.046納秒的帶電粒子。許多科學家認為若此事能被證實，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(fā)現，在仙女座背景方向的溫度比天空其他方向的要高，那里存在著巨大的未知質量。“失蹤”的物質哪里去了呢?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。太陽系中的行星運轉正是這樣的。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。這說明除看得見的星系或星系團外，還有大量暗物隱藏在其中，它們像暈一樣包圍著星系和星系團。那么這些像暈一樣的東西是由什么物質構成的呢?有人認為是X射線和星系際云，但它們遠沒有估算的暗物質那么多；也不是年老的恒星，如體積很小的中子星和白矮星，它們行將死亡時會拋出大量物質，但人類并未觀測到。英國劍橋大學的物理學家霍金認為有可能是黑洞。還有不少科學家認為是“中微子”。并提出了暗物質的“中微子”模型。但研究這個模型還存在一定的困難，例如，按此模型只有在超星系團周圍才有暈，但實際上在星系周圍也觀測到暈；而且中微子是否有質量，科學實驗也未最終確證。
20世紀80年代，美國和前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（宇宙爆炸后不久有一個混沌不分的時期），宇宙就如一壇重子和軸子混合交融的濃湯。后來重子由于輻射能量，慢慢地轉移到團塊中心去了，結果普通發(fā)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，有人用計算機對這種模型進行了模擬演算，最終得到的宇宙演化圖像與我們今天觀測到的宇宙十分吻合。但這個模型畢竟是假想的產物，它能否成立，還需要更多的實驗來驗證。
從理論上說，冷暗物質粒子應該具有一種質量很重的中性穩(wěn)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(guī)律方面的重大突破。目前中科院高能所參加了由意大利羅馬大學牽頭的意中DAMA合作組的冷暗物質粒子研究。為了避免各種信號干擾，意大利國家格朗薩索實驗室建在一個高速公路穿過的山洞下，巖石厚度有1000米。中意科學家研制的100千克低本底碘化鈉品體陣列安裝在意大利格朗薩索國家地下實驗室，經過8年的實驗，已經探測到這種物質粒子偶爾碰撞碘化鈉晶體中的原子核時發(fā)出的微弱光線，已獲得了這種信息的3個年調制變化周期，并據此推算出這種粒子很重，它的質量至少是質子的50倍。實驗的初步結果提供了宇宙中可能存在一一種重粒子，即冷暗物質粒子的初步證據。
科學家們認為，這種粒子的存在將非常有力地支持暴脹宇審論和超對稱粒子模型，困擾天文學家70多年的謎團就能澄清，粒子物理、天體物理、宇宙學將會有突破性發(fā)展。但實驗上要確認冷暗物質的存在及特性，尚需進一步的觀測數據和可靠證據，我們期待著關于暗物質的一系列謎團早日揭開。
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