爱华网暗物质（dark matter），在宇宙学中又称为暗质，是指无法通过电磁波的观测进行研究，也就是不与电磁力产生作用的物质。人们已经发现宇宙中有大量暗物质的存在。暗物质的存在可以解决大爆炸理论中的不自洽性，对结构形成也非常地关键。暗物质很有可能是一种（或几种）粒子物理标准模型以外的新粒子所构成。对暗物质和暗能量的研究是现代宇宙学和粒子物理的重要课题。宇宙中最重要的成分是暗物质和暗能量，暗物质占宇宙25%，暗能量占70%，通常所观测到的普通物质只占宇宙质量的5%。
暗物质_暗物质[宇宙学术语] -简介
大质量的星系团阿贝尔2218为科学家提供了暗物质存在的证据。通过星系团周围的弧线――背景星系扭曲的像，天文学家发现其中必定还含有更多看不见的物质。在宇宙学中，暗物质是指那些不发射任何光及电磁辐射的物质。暗物质存在的最早证据来源于对球状星系旋转速度的观测。
暗物质在宇宙中所占的份额远远超过人类可以看到的物质。宇宙中最重要的成分是暗物质和暗能量，暗物质占宇宙25%，暗能量占70%，我们通常所观测到的普通物质只占宇宙质量的5%。
暗物质的存在可以解决大爆炸理论中的不自洽性，对结构形成也非常关键。暗物质很有可能是一种（或几种）粒子物理标准模型以外的新粒子。对暗物质和暗能量的研究是现代宇宙学和粒子物理的重要课题。
暗物质_暗物质[宇宙学术语] -发现历史
星系自转曲线
最早提出证据并推断暗物质存在的是20世纪30年代荷兰科学家JanOort与美国加州理工学院的瑞士天文学家弗里茨・兹威基等人。
弗里茨・兹威基观测螺旋星系旋转速度时，发现星系外侧的旋转速度较牛顿重力预期的快，故推测必有数量庞大的质能拉住星系外侧组成，以使其不致因过大的离心力而脱离星系。
星系与星系团观测
子弹星系团是两个星系团碰撞的产物。其中普通物质――高温气体（粉色，X射线波段）――会碰撞、损失能量、运动速度变慢。星系团中的暗物质（蓝色，引力透镜观测）间相互作用很弱，可以彼此穿过。
2006年，美国天文学家利用钱德拉X射线望远镜对星系团1E0657-558进行观测，无意间观测到星系碰撞的过程，星系团碰撞威力之猛，使得暗物质与正常物质分开，因此发现了暗物质存在的直接证据。
虽然暗物质在宇宙中大量存在是一个普遍的看法，但是科学家们发现螺旋星系NGC4736的旋转能完全依靠可见物质的引力来解释，也就是说这个星系没有暗物质或者暗物质很少。
宇宙微波背景辐射
宇宙微波背景辐射（cosmicmicrowavebackgroundradiation，简称CMB）最初发现于1964年。对于背景辐射的进一步观测也支持这个理论，并给予了更多架构理论模型的条件。这些观测中最著名的当属宇宙背景探测者（COBE）。COBE观测到2.726K的辐射温度，以及在1992年第一次观测到约十万分之一的温度起伏（各向异性）。
在20世纪90年代，第一峰值的量测上不断提高敏感度。毫米波段气球观天计划提出的报告指出，最大的谱密度波动发生在尺度约为一度角时，这些观测足以排除宇宙弦作为宇宙结构形成的主因，而趋向于接受暴涨理论。
暗物质_暗物质[宇宙学术语] -组成及分类
组成
暗物质虽然人们已经对暗物质作了许多天文观测，其组成成份至21世纪初仍未能全然了解。早期暗物质的理论著重在一些隐藏起来的一般物质星体，例如：黑洞、中子星、衰老的白矮星、褐矮星等。这些星体一般归类为晕族大质量致密天体（MAssiveCompactHaloObjects，缩写为：MACHOs）然而多年来的天文观测无法找到足够量的MACHOs。
一般认为，难以探测的重子物质（如MACHOs以及一些气体）确实贡献了部分的暗物质，但证据指出这类的物质只占了其中一小部分。而其余的部分称作“非重子暗物质”。此外，星系转速曲线、引力透镜、宇宙结构形成、重子在星系团中的比例以及星系团丰度（结合独立得到的重子密度证据）等观测数据也指出宇宙中85-90%的质量不参与电磁作用。这类“非重子暗物质”一般猜测是由一种或多种不同于一般物质（电子、质子、中子、中微子等）的基本粒子所构成。
在众多可能是组成暗物质的成分中，最热门的要属一种被称为大质量弱相互作用粒子（英文叫做WeaklyInteractingMassiveParticle，简称WIMP）的新粒子了。这种粒子与普通物质的作用非常微弱，以致于他们虽然存在于我们周围，却从来没有被探测到过。还有一种被理论物理学家提出来解决强相互作用中CP问题，被称为轴子的新粒子，也很有可能是暗物质的成分之一。惰性中微子（sterileneutrino）也有可能是组成暗物质的一种成分。2014年6月22日，台大天文物理所阙志鸿研究团队发表论文主张，暗物质也可能是一种称为Ψ暗物质的极轻型粒子，其质量为电子的10-28倍，波长约为一千光年，而密度则为液态水的一百万倍。
分类
历史上，人们将可能的暗物质分为三个大类：冷暗物质、温暗物质、热暗物质。这个分类并非依照粒子的真实温度，而是依照其运动的速率。
1、冷暗物质：在经典速度下运动的物质。
2、温暗物质：粒子运动速度足以产生相对论效应。
3、热暗物质：粒子速度接近光速。
虽然可以有第四个称为复合暗物质（mixeddarkmatter）的分类，但是这个理论在1990年代由于暗能量的发现而被舍弃。
暗物质_暗物质[宇宙学术语] -探测实验
暗物质的探测在当代粒子物理及天体物理领域是一个很热门的研究领域。对于大质量弱相互作用粒子来说，物理学家可能通过放置在地下实验室，背景噪声减少到极低的探测器直接探测WIMP，也可以通过地面或太空望远镜对这种粒子在星系中心，太阳中心或者地球中心湮灭产生的其他粒子来间接探测。人们也希望欧洲大型强子对撞机（LHC）或者未来的国际直线加速器中人工创造出这些新粒子来。
直接探测实验
对于暗物质的直接探测实验一般都这设置于地底深处，以排除宇宙射线的背景噪声。这类的实验室包括美国的Soudanmine和DUSE、加拿大的SNOLAB地下实验室、意大利的大萨索国家实验室（GranSassoNationalLaboratory）、英国的Boulbymine以及中国四川省锦屏山地下2500米世界最深暗物质试验Pandax。
目前（21世纪初）大部分的实验使用低温探测器或惰性液体探测器。低温探测器是在低于100mK的环境下探射粒子撞击锗这类的晶体接收器所产生的热。惰性液体探测器则是探测液态氙或液态氩中粒子碰撞产生的闪烁。低温探测实验包括了CDMS、CRESST、EDEDWEISS及EURECA。惰性液体探测实验包含了ZEPLIN、XENON、DEAP、ArDM、WARP、LUX和最深的Pandax。这两种探测技术都能够从其他粒子与电子对撞的噪声中辨识出暗物质与核子的碰撞。其他种类的探测器实验有SIMPLE和PICASSO。
间接探测WIMP。WIMP偶尔会撞上一个原子核。这一碰撞会散射原子核，进而使之和周围的原子核发生碰撞。由此科学家可以探测到这些相互作用所释放出的热量和闪光。DAMA/NaI、DAMA/LIBRA实验探测到一年性的事件数变化，并宣称此现象是源自于暗物质。（随着地球绕太阳公转，探测器与暗物质的相对速度会做小幅度的变化。）目前（21世纪初）这个说法并未受到证实，同时也很难与其他实验的结果不相冲突。
方向性的暗物质探测方式是运用太阳系绕行银河系的运动。利用低压TPC，我们可以得知反弹路径的资讯，并借此去了解WIMP与原子核的作用。从太阳行进方向入射的WIMP讯号可以从各向同性的背景噪声中分离出来。这类的探测实验包括有DMTPC、DRIFT、Newage和MIMAC。
2009年12月17日，CDMS的研究团队发表了两个可能的WIMP事件。他们估计这两起事件来自已知背景讯号（中子、错认的β射线或是伽马射线）的可能性是23%，并作出了这样的结论：“这个分析结果无法被视作WIMP的有力证据，但我们不能排除这两起事件来自WIMP的可能性。”
CoGeNT实验于2011年5月公布先前15个月的探测结果，显示粒子的碰撞率呈现周期性变化，夏天较高而冬天比较低，这可以看作是暗物质存在的证据之一。这个结果支持已经进行了13年的意大利的DAMA/LIBRA暗物质探测实验。CoGeNT的实验结果显示探测到的WIMP的质量是中子质量的5到10倍,这与其他的某些实验不符,但是其他实验对低能暗物质的探测精度没有CoGeNT高。
间接探测实验
暗物质的间接探测主要是观测其两两湮灭时所产生的讯号。由于其湮灭所产生的粒子与其暗物质的模型有关，有许多种类的实验被提出。假使暗物质是马约拉那粒子，则两个暗物质对撞会湮灭产生伽马射线或正负粒子对。如此可能会在星系晕生成大量伽马射线、反质子和正电子。实验计划PAMELA便是探测这类的讯号。然而在完全了解其他来源的背景噪声以前，这类的探测不足以当作暗物质的决定性证据。
EGRET伽马射线望远镜过去观测到了超出预期量的伽马射线，但科学家认为这多半是来自系统中的效应。自2008年6月11日开始启动的费米伽马射线太空望远镜则正在搜寻暗物质湮灭产生伽马射线的事件。在较高能量区间，地上的MAGIC伽马射线望远镜已经对矮椭球星系以及星系团中的暗物质给予了某些限制。
21世纪的前14年，国际上相继开展了20多个暗物质探测实验，利用暗物质和探测器的直接碰撞来寻找暗物质。特别是2014年前的几年，意大利DAMA/LIBRA实验，美国CoGeNT、CDMS实验，以及德国CRESST实验先后宣称发现了疑似轻质量暗物质的信号，这些信号引起了科学界和公众的强烈兴趣。
暗物质_暗物质[宇宙学术语] -观测手段
阿尔法磁谱仪(AMS)1、引力透镜法；
2、旋涡星系的旋转曲线；
3、星系中的恒星或星系团中的星系的速度弥散；
4、星系团（及椭圆星系）的X射线气体的流体静力学平衡方法；
5、星系团的苏尼亚耶夫-泽尔多维奇效应。
暗物质_暗物质[宇宙学术语] -替代理论
虽然暗物质是目前在解释各种星系及星系团观测结果上最热门的理论，但目前仍没有暗物质的直接观测证据。有一些不包含大量不可探测物质（即暗物质）的替代理论也被提出来解释这些现象。这些替代理论大致可分成引力理论的修正以及量子引力。两者的区别在于引力理论的修正单纯地只对星系或宇宙尺度的引力效应作出修正，而不考虑量子尺度的问题。然而两者都主张牛顿或爱因斯坦的理论并不完备，引力在不同的尺度会有不一样的行为。
引力理论修正
引力理论修正（MOND）是对牛顿的万有引力公式修正，以解释星系自转曲线等问题而替代暗物质。
量子引力
量子引力是一个热门且广泛的研究领域，有时它被称作万有理论。一般来说，它是指企图统一引力以及量子力学的理论，这两门物理至今未能被完全整合。圈量子引力、超弦理论以及其继任的M理论皆属于这类的理论。
量子真空
物理学家DraganSlavkovHajdukovic提出，量子真空中的虚引力偶极能被邻近重恒星与星系中的重子物质引力极化（gravitationallypolarized）。当虚偶极排列时，它们能产生额外的引力场，能与恒星及星系所产生的引力场结合，在星系的旋转曲线上产生相同的“加速”效应[35][36]。
暗物质_暗物质[宇宙学术语] -候选物质
暗物质长久以来，最被看好的暗物质仅仅是假说中的基本暗性粒子，它具有寿命长、温度低、无碰撞的特殊特性。温度低意味着在脱耦时它们是非相对论性粒子，只有这样它们才能在引力作用下迅速成团。寿命长意味着它的寿命必须与现今宇宙年龄相当，甚至更长。由于成团过程发生在比哈勃视界（宇宙年龄与光速的乘积）小的范围内，而且这一视界相对宇宙而言非常的小，因此最先形成的暗物质团块或者暗物质晕比银河系的尺度要小得多，质量也要小得多。随着宇宙的膨胀和哈勃视界的增大，这些最先形成的小暗物质晕会合并形成较大尺度的结构，而这些较大尺度的结构之后又会合并形成更大尺度的结构。其结果就是形成不同体积和质量的结构体系，定性上这是与观测相一致的。相反的，对于相对论性粒子，例如中微子，在物质引力成团的时期由于其运动速度过快而无法形成我们观测到的结构。因此中微子对暗物质质量密度的贡献是可以忽略的。在太阳中微子实验中对中微子质量的测量结果也支持了这一点。无碰撞指的是暗物质粒子（与暗物质和普通物质）的相互作用截面在暗物质晕中小的可以忽略不计。这些粒子仅仅依靠引力来束缚住对方，并且在暗物质晕中以一个较宽的轨道偏心律谱无阻碍的作轨道运动。
低温无碰撞暗物质
低温无碰撞暗物质（CCDM）被看好有几方面的原因。第一，CCDM的结构形成数值模拟结果与观测相一致。第二，作为一个特殊的亚类，弱相互作用大质量粒子（WIMP）可以很好的解释其在宇宙中的丰度。如果粒子间相互作用很弱，那么在宇宙最初的万亿分之一秒它们是处于热平衡的。之后，由于湮灭它们开始脱离平衡。根据其相互作用截面估计，这些物质的能量密度大约占了宇宙总能量密度的20-30%。这与观测相符。CCDM被看好的第三个原因是，在一些理论模型中预言了一些非常有吸引力的候选粒子。
中性子
其中一个候选者就是中性子（neutralino），一种超对称模型中提出的粒子。超对称理论是超引力和超弦理论的基础，它要求每一个已知的费米子都要有一个伴随的玻色子（尚未观测到），同时每一个玻色子也要有一个伴随的费米子。如果超对称依然保持到今天，伴随粒子将都具有相同质量。但是由于在宇宙的早期超对称出现了自发的破缺，于是今天伴随粒子的质量也出现了变化。而且，大部分超对称伴随粒子是不稳定的，在超对称出现破缺之后不久就发生了衰变。但是，有一种最轻的伴随粒子（质量在100GeV的数量级）由于其自身的对称性避免了衰变的发生。在最简单模型中，这些粒子是呈电中性且弱相互作用的--是WIMP的理想候选者。如果暗物质是由中性子组成的，那么当地球穿过太阳附近的暗物质时，地下的探测器就能探测到这些粒子。另外有一点必须注意，这一探测并不能说明暗物质主要就是由WIMP构成的。实验还无法确定WIMP究竟是占了暗物质的大部分还是仅仅只占一小部分。
轴子
另一个候选者是轴子（axion），一种非常轻的中性粒子（其质量在1μeV的数量级上），它在大统一理论中起了重要的作用。轴子间通过极微小的力相互作用，由此它无法处于热平衡状态，因此不能很好的解释它在宇宙中的丰度。在宇宙中，轴子处于低温玻色子凝聚状态，已经建造了轴子探测器，探测工作也正在进行。
暗物质_暗物质[宇宙学术语] -研究进展
国外的探测发现
美国科学家在地下废弃铁矿中捕获暗物质粒子低温暗物质搜寻项目（CDMS），旨在使用探测器探测粒子间的互动，找到暗物质粒子引起的运动。美国科学家在位于加利福尼亚大学校园的隧道里的实验室2009年检测到了两种可能来自于暗物质粒子的信号。但他们同时表示，这些信号与暗物质粒子的相似度不高。他们在明尼苏达州的Souden煤矿地下约714米处安装更高级的实验室设备，以进行二期低温暗物质搜寻项目（CDMSⅡ）。暗物质现象会被进入地球的宇宙射线干扰，要减少宇宙射线μ介子粒子的背景信号影响，唯一的办法是到地底深处，这样才有把握确认暗物质的构成。
暗物质
2009年12月21日，科学家在Souden煤矿中发现暗物质，这是迄今为止最有力的发现暗物质证据。
其他实验也在探寻来自暗物质的信号，比如地下氙（Lux）实验。美国费米太空望远镜则试图定位暗物质，寻找其在空间湮没（暗物质发生碰撞时，两个粒子将生成可以被探测器接收到的γ射线）的证据，但目前没有任何发现。
2012年2月底，美国科学家称，他们通过一种最新的理论研究发现，地球和月球之间其实隐藏着大量神秘的暗物质。
科学家称首次探测到暗物质
2012年7月7日，德国慕尼黑大学天文台的约尔格・迪特里希及其研究团队已探测到一个超星系团的丝状物中的暗物质成分。这个超星系团名为“阿伯尔222/223”，距地球约27亿光年。
巨大的丝状物产生的引力使得从地球发射至遥远星系的光束发生弯曲。迪特里希的研究团队利用这种光束，计算出“阿伯尔222/223”超星系团丝状物的质量并绘制出它的形状。附近正常物质的炽热气体发出的X射线表明，正常物质是该超星系团丝状物的组成部分，但仅占其质量的10%。其余部分一定是暗物质。迪特里希说，这表明这些丝状物是“将宇宙中的星系团连接在一起的暗物质网络的一部分”。
脉冲星或是人们一直寻找的暗物质
人类对暗物质的理解和检测实现新进展。日内瓦时间2013年4月3日下午5点（北京时间2013年4月4日零点），诺贝尔物理奖获得者丁肇中教授在日内瓦欧洲核子中心，首次公布其领导的阿尔法磁谱仪（AMS）项目18年之后的第一个实验结果――已发现的40万个正电子可能来自一个共同之源，即脉冲星或人们一直寻找的暗物质。
至2013年，寻找暗物质粒子、研究暗能量的物理本质、探索宇宙起源及演化的奥秘、结合粒子物理和宇宙学的研究已成为21世纪天文学和物理学发展的一个重要趋势。诺贝尔物理学奖获得者李政道教授曾多次指出：“暗物质是笼罩20世纪末和21世纪初现代物理学的最大乌云，它将预示着物理学的又一次革命。”
暗物质不发光，也就是不发出电磁波，所以看不见，但与通常物质一样，暗物质有引力作用。这个引力效应让天文学家在宇宙空间发现暗物质占宇宙的23%，另外73%是暗能量。而组成我们身边这个世界的常规物质只占4%。虽然人们早已经猜测到暗物质可能存在，但一直以来从未明确探测到暗物质粒子，因此，还不能确定暗物质的性质。
丁肇中团队使用的阿尔法磁谱仪(AMS)，是安置于太空中的精密粒子探测装置，是至2013年以来灵敏度最高，也是最复杂、最昂贵的一台暗物质探测设备，代表了当今科学实验的最高技术手段，由16个国家和地区的600余名科学家历时近18年完成，耗资21亿美元，实验过程可能持续15至20年。
暗物质分布图
2007年1月，经过4年的努力，70位研究人员绘制出这幅三维的“蓝图”，勾勒出相当于从地球上看，8个月亮并排所覆盖的天空范围中暗物质的轮廓。在这张图中，暗物质并不是无所不在，它们只在某些地方聚集成团状，而对另一些地方却不屑一顾。其次，将星系的图片与之重叠，我们看到星系与暗物质的位置基本吻合。有暗物质的地方，就有恒星和星系，没有暗物质的地方，就什么都没有。暗物质似乎相当于一个隐形的、但必不可少的背景，星系(包括银河系)在其中移动。分布图还为我们提供了一次真正的时光旅行的机会……分布图中越远的地方，离我们也越远。不过，背景中恒星所发出的光不是我们瞬间就能看到的，即使光速(每秒30万公里)堪称极致，那也需要一定的时间。因为这段距离得用光年来计算，1光年相当于10万亿公里。因此，如果你往远处看，比如距离我们20亿光年的地方，那你所看到的东西是20亿年前的样子而不是所看到这一时刻的样子。就好像是回到了过去。在分布图上，我们看到的是暗物质在25亿～75亿年前的样子。丁肇中公布最新研究成果显示暗物质可能存在新华网日内瓦2014年9月18日消息，诺贝尔奖得主、美籍华人物理学家丁肇中18日公布阿尔法磁谱仪项目最新研究成果，进一步显示宇宙射线中过量的正电子可能来自暗物质。中国研究进展
中国首个极深地下实验室――“中国锦屏地下实验室”于2010年12月12日在四川雅砻江锦屏水电站揭牌并投入使用，锦屏地下实验室垂直岩石覆盖达2400米，是当前世界岩石覆盖最深的实验室。它的建成标志着中国已经拥有了世界一流的洁净的低辐射研究平台，能够自主开展像暗物质探测这样的国际最前沿的基础研究课题。清华大学实验组的暗物质探测器已经率先进入实验室，并启动探测工作，而2012年上海交通大学等研究团队也将进入这里开展暗物质的探测研究。2014年8月24日，以中国科学家为主导的大型暗物质探测实验组PandaX，在上海交通大学发布了实验组使用120公斤级液氙探测器所获得的首批数据。实验组宣布，探测至今尚未发现任何暗物质的事例。这个测量结果和其它一些实验所发现的轻质量暗物质疑似信号不兼容，对以往实验中所有发现的疑似信号提出了强烈质疑。PandaX（熊猫计划）是“粒子和天体物理氙探测器”（ParticleandAstrophysicalXenonDetector）的英文简写，是中国开展的首个百公斤级大型暗物质实验。该实验由上海交通大学牵头，包括中、美两国40多位研究人员，利用在空气中提纯的惰性元素氙作为探测媒介来寻找暗物质。经过自今年5月开始的一个多月时间运行，证实该实验组设计和研制的120公斤级液氙探测器的灵敏度已经达到世界先进水平，因而能够对至今为止所有疑似暗物质探测实验所获得的数据信号进行高精度的验证，这也标志着中国在暗物质探测这个前沿科学领域跨进世界先进行列。物理和天文学家通过大量的天文观测推断出，宇宙中有大约27%的成分由一种有质量却与普通物质没有电磁和强相互作用的暗物质组成，在银河系里，暗物质比熟知的普通物质多了20倍以上。暗物质的本性之谜被普遍认为是21世纪物理和天文学中最具挑战性的问题之一。
