6暗物質和新粒子
宇宙中有許多螺旋狀星雲，這是一些巨大的星係，在引力的作用下繞星係的質量中心旋轉，像一個巨大的太陽係那樣，觀察其中某一部分的運動速度v，按照力學估算，引力等於向心力
即
其中r是這部分星體到星雲中心的距離，M是這部分星體受到吸引的總質量，也就是星雲中處於以星雲中心為中心，半徑為r的球體內星雲物質的總質量。顯然M是r的函數，隨r的增加而增加。如果星雲質量比較集中在中心區，則靠星雲外部區域內M隨r的增加的變化不敏感，這樣靠外部處星體運動的速度應隨r增加而減少。
實際觀測許多螺旋狀星雲給出：
（1）觀測到的螺旋狀星雲質量分布確是中心密，外麵稀；
（2）許多螺旋狀星雲中星體的速度平方v2隨r變化不大。
這情況表明在螺旋狀星雲中實際還有許多沒有被觀測到的物質也在起引力的作用，這些沒有被觀測到的物質數量很多，並且其分布範圍比看到的螺旋狀星雲分布的範圍還要大。
這些沒有被直接觀測到的但通過引力效應顯示其存在的物質就是暗物質。暗物質就是指太空中存在的沒有或不能提供任何直接的電磁作用信號但可有引力效應的物質。天文觀測中已經觀察到許多顯示暗物質存在的現象。
暗物質是什麼？有可能有些星體演化到一定階段，溫度很低，已不能輸出任何可以觀測的電磁信號。這樣，盡管這樣的星體的構成成分和其他星體類似，主要是質子、中子等重子物質，但不可能被觀測到。這樣的星體就會表現為暗物質。在星際彌漫的星際物質也可能有類似的情況。這類暗物質可以稱為重子物質的暗物質。
還有另一類暗物質，它的構成成分是一些中性的有靜止質量的穩定粒子，它們不直接參與電磁相互作用，但可以允許其參與弱相互作用。這類粒子組成的星體或星際物質，不會放出或吸收電磁信號。這類暗物質可以稱為非重子物質的暗物質。
這類暗物質中，如果粒子的運動是高速的，是相對論性的時就稱為熱暗物質；如果粒子的運動是低速的，是非相對論性的時就稱為冷暗物質。
天文學的觀測表明，宇宙中有大量的暗物質，特別是大量的非重子物質的暗物質。人們當然關心，宇宙中的暗物質有多少？綜合天文學上各方麵的觀測，給出估計：宇宙的總質量中重子物質約占2％，非重子物質的暗物質所占比例至少要大一個數量級。在宇宙中的非重子物質的暗物質中，冷暗物質約占70％，熱暗物質約占30％。
宇宙中存在的大量的非重子物質的暗物質的組成粒子是什麼粒子？
在標準模型中給出的62種粒子中，有可能是暗物質粒子的隻有3種中微子和它們的反粒子，3種反中微子，並且前提條件是中微子的靜止質量不等於零。如果中微子有靜止質量，它就有可能是熱暗物質粒子。多年來，粒子物理學家做了大量的研究測量中微子的質量，到現在還沒有肯定的結果。
冷暗物質粒子應該是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。
人們期望能從宇宙中找到這種超出標準模型的新粒子。
1972年我國雲南宇宙射線站觀察到了一個奇特的宇宙射線事例，觀察到一個從宇宙射線中來的能量大於300GeV的粒子碰撞石蠟中的粒子後，產生了3個帶電粒子。分析表明，其中一個是π-介子，一個是質子，還有一個是質量大於43GeV，壽命長於0.406納秒的帶電粒子。這個粒子的存在如果被證實，它將肯定是一個超出標準模型的新粒子。
分析還表明，產生這個事例的從宇宙射線中來的入射粒子應該是一個質量大於42GeV的穩定中性粒子。這些性質，倒是符合冷暗物質粒子的要求。如果進一步的實驗確認了這種粒子的存在，將是探尋新粒子方麵的重大進展。
物理學家們期望能從宇宙射線中得到來自宇宙遠方的新粒子的信息。
科學探索是永遠沒有盡頭的，人類對真理的追求也是永無止境的。隨著科學技術的不斷進步，粒子物理學必然會踏上更高的台階，不斷加深人們對自然界物質的本質的認識。