暗物質是理論上提出的可能存在于宇宙中的一種不可見的物質，它可能是宇宙物質的主要組成部分，但又不屬于構成可見天體的任何一種目前已知的物質。

現代天文學通過天體的運動、引力透鏡效應、宇宙的大尺度結構的形成、微波背景輻射等觀測結果表明暗物質可能大量存在于星系、星團及宇宙中，其質量遠大于宇宙中全部可見天體的質量總和。

結合宇宙中微波背景輻射各向異性觀測和標準宇宙學模型（ΛCDM模型）可確定宇宙中暗物質占全部物質總質量的85%。

目前一種被廣泛接受的理論認為，組成暗物質的是“弱相互作用有質量粒子”，其質量和相互作用強度在電弱標度附近， 在宇宙膨脹過程中通過熱退耦合過程獲得目前觀測到的剩余豐度。

最早提出“暗物質”可能存在的是天文學家卡普坦（Jacobus Kapteyn），他于1922年提出可以通過星體系統(tǒng)的運動間接推斷出星體周圍可能存在的不可見物質。

盡管暗物質尚未被直接探測到，但已經有大量證據表明其大量存在于宇宙中，例如：

l星系旋轉曲線與彌散速度分布

星系旋轉曲線描述了漩渦星系中可見天體的環(huán)繞速度和其距離星系中心距離的關系。根據對漩渦星系中可見天體質量分布的觀測以及萬有引力定律的計算，靠外圍的天體繞星系中心旋轉的運動速度應當比靠中心的天體更慢。

然而對大量漩渦星系旋轉曲線的測量表明，外圍天體的運行速度與內部天體近乎相同，遠高于預期。這暗示著這些星系中存在著質量巨大的不可見的物質。

結合位力定理，可以通過星系中可見天體的彌散速度分布計算出星系中的物質分布。這種方法同樣適用于測量橢圓星系和球狀星團的物質分布。

結果表明，除個別以外，大部分星系和星團的物質分布都與觀測到的可見物質的分布不符，可見物質的質量僅占星系和星團總質量的較小部分。

暗物質的存在已經得到了廣泛的認同,然而目前對暗物質屬性了解很少。目前已知的暗物質屬性僅僅包括有限的幾個方面：

1） 暗物質參與引力相互作用，所以應該是有質量的，但單個暗物質粒子的質量大小還不能確定；

2） 暗物質應是高度穩(wěn)定的，由于在宇宙結構形成的不同階段都存在暗物質的證據，暗物質應該在宇宙年齡（百億年）時間尺度上是穩(wěn)定的；

3） 暗物質基本不參與電磁相互作用，暗物質與光子的相互作用必須非常弱，以至于暗物質基本不發(fā)光；暗物質也基本不參與強相互作用，否則原初核合成的過程將會受到擾動，輕元素豐度將發(fā)生改變，將導致與當前的觀測結果不一致。

4） 通過計算機模擬宇宙大尺度結構形成得知，暗物質的運動速度應該是遠低于光速，即“冷暗物質”，否則我們的宇宙無法在引力作用下形成目前觀測到的大尺度結構;

綜合這些基本屬性。可以得出結論暗物質粒子不屬于我們已知的任何一種基本粒子。這對當前極為成功的粒子物理標準模型構成挑戰(zhàn)。

暗物質有兩個候選者：

【一】

弱相互作用有質量粒子是被最廣泛討論的暗物質候選者之一，它是指質量和相互作用強度在電弱標度附近的某種穩(wěn)定粒子，通過熱退耦機制獲得目前已知的剩余豐度。

【二】

另一個暗物質候選者是軸子，一種非常輕的中性粒子，它與強相互作用中電荷共軛-宇稱反演聯合對稱性破缺相聯系。軸子間通過極微小的力相互作用，由此它無法與背景輻射處于熱平衡狀態(tài)，因此不會通過熱退耦獲得剩余豐度，但可以通過真空態(tài)的破缺成為冷暗物質。

即使暗物質粒子與常規(guī)物質僅有微弱的相互作用，暗物質粒子也有可能被精密的實驗儀器探測到。目前科學家采用的探測手段可以分為三類：

【直接探測】

如果暗物質是由微觀粒子構成的，那么每時每刻都應該有大量的暗物質粒子穿過地球。如果其中一個粒子撞擊了探測器物質中的原子核，那么探測器就能檢測到原子核能量的變化并通過分析撞擊的性質了解暗物質屬性。

【間接探測】

既然在銀河系中存在著大量的暗物質粒子，那么應該可以探測到它們湮滅或衰變所產生的常規(guī)基本粒子，間接探測就是在天文觀測中尋找這種湮滅或衰變信號，包括宇宙線中的高能的伽馬射線、正負電子、正反質子、中子、中微子以及各種宇宙線核子。

采取間接探測手段的實驗可以是利用衛(wèi)星或空間站搭載的空間探測器直接收集宇宙線粒子，或者是在地面觀測高能宇宙線粒子進入地球大氣時產生的簇射或切倫科夫光效應。通過分析宇宙線中各種粒子的數量和能譜，可以提取出宇宙中暗物質衰變或湮滅的信息。

【對撞機探測】

另一種尋找暗物質的方法是在實驗室產生暗物質粒子。在高能粒子對撞實驗中，可能會有尚未被發(fā)現的粒子包括暗物質粒子被產生出來。

如果對撞產生了暗物質粒子，由于其難以被探測器直接檢測到，會導致被探測器檢測到的對撞產物粒子的總能量和動量出現丟失的現象。

這是產生了不可見粒子的一個特征。再結合直接或間接的探測手段，可以幫助確定對撞機中產生的粒子是否為暗物質粒子。