什么是暗物质？

李焕发

0. 引言

2017年11月20日，我国的“悟空号“暗物质粒子探测卫星发布了疑是暗物质的信号引起了广泛的讨论。那么暗物质究竟是什么？我们如何探测暗物质？本文将结合粒子探测技术就位于四川省锦屏深地实验室的PandaX实验对暗物质探测的原理与前沿进展进行分析介绍。
本篇为暗物质探测与PandaX实验系列之一，主要对暗物质的由来，暗物质存在的实验证据以及其主流候选者进行简单介绍。
1. 什么是暗物质

中学物理学过圆周运动，离心力等于向心力，即：


星体绕中心做圆周运动，受到万有引力作用：


联立以上两式，有：


由上分析可知：若 ，说明引力 大于离心力 ，则天体将会向中心坍缩； 若 ，说明引力 小于离心力 ，则天体将会越飞越远；  若 ，即引力 等于离心力 ，处于平衡态。
理论上，要维持星系的平衡，当 有 ,这样才能维持 为一个定值，即 。也就是说中心远处的星体的运动速度应该要更小，才不至于被强大的离心力拽出去。

1937年，F . Zwicky 观测星系团中，星系绕星系团中心旋转，发现与远处的星系速度并没有降低。大星团的星系速度太大，以致于无法通过引力来束缚住。这意味着星系团中必须要有大量看不见的物质在将离心力拽出去的星系拽回来。这些看不见的物质，被称作“暗物质”。目前主流的宇宙学理论认为宇宙中约有 的原子物质，