我希望你已经看到暗物质对我们来说非常重要。没有暗物质，就没有恒星，没有星系，没有我们。所以现在我们来了解下暗物质的性质。它到底是什么？
实际上我们掌握的关于暗物质性质的信息非常有限。其中一点是它一定移动缓慢。我们把这个属性称为“冷”。我们讨论的是冷暗物质。因为如果东西很热，它移动得很快；而东西冷时，它移动得很慢，所以我们称之为冷暗物质。暗物质也一定是电中性的，如果带电，它应该反射光。如果把光线打在物体上，任何带电荷的东西都会把光线反射回来。我们看不到暗物质反射光，说明它一定是电中性的。同时暗物质的寿命应该很长。据我们所知，即使是我们所在的星系也有很多暗物质，这意味着它们至少有存在了138亿年，所以它的寿命一定很长。我们对暗物质性质的了解差不多就是这些，另外还有一些关于它的定量信息。
即使望远镜无法直接看到MACHO，还是有方法寻找它，这也是基于引力透镜。我们做的是继续监测（比如说附近的星系大麦哲伦星云中的上百万颗恒星），当你观察这里的上百万颗恒星时，我们在银河系外围，有时这个MACHO可能会穿过看向大麦哲伦星云中一颗恒星的视线，此时它扭曲空间，弯曲光线，就像镜片，这样会聚集更多光线。所以你正在观测的星星可能会突然变亮，然后变暗到之前的亮度，这被称为引力微透镜事件。
尽管人们在寻找，但看到的很少。通过这种方式，我们实际上可以限制构成星系晕的 MACHO数量。对于其典型范围或者你对天文物体的期望（横坐标是1个太阳质量，个太阳质量，
，
……），MACHO可能只占暗物质组成的不到10%，所以这些数量还不够，它们算不上什么，不可能只有这些暗星。现在我们得到一个暗物质质量的上限，大约是
个太阳质量。这就是暗物质可能的质量。
另一方面，如果暗物质非常非常轻，那么它放不进银河系。你可能知道，电子围绕原子核运行，那么在这种情况下，电子划定了形状和一定半径，这决定了原子的大小。同样，如果暗物质在给定星系的引力场中旋转，它们也会给出一团暗物质的形状，它具有一定的特征尺寸，称为玻尔半径。你可以使用量子力学的物理定律来解决这个问题。如果你对此不熟悉，请不要担心。你可以根据（比如说）星系的质量来计算给定引力，小m是暗物质的质量，这是这个引力场中暗物质轨道的大小，它与质量的平方成反比，即暗物质越轻，它就会越蓬松，传播范围更广，到某个点时它根本装不进银河系。因为暗物质必须要装到星系中，所以质量不能小于某个值。事实证明，这个值实际上就是这里的这个数字，如果以
来说，则为
。
所以这给出了一个范围。由于对引力透镜的研究，我们知道它的质量必须小于个太阳质量。另一方面，它必须大于某个值，这样暗物质的轨道才能放进星系。这就是我们发现的。因此，就称为千兆电子伏特(GeV)的单位而言，它必须介于
到
之间，因此我们成功将暗物质质量的范围限制在81个数量级内。这就是自 Zwicky在1930年代指出暗物质的可能性后，我们在70年中取得的进展。这里的重点是，我们实际上对暗物质的性质知之甚少，仅对暗物质的质量略有了解。
另一条信息是（同样是一条非常微弱的信息），我们知道暗物质在相互碰撞的子弹星团中穿过，因此我们还可以限制暗物质与自身相互作用的频率，即所谓的散射横截面。
同样，如果你不熟悉横截面的概念，请不要担心，这基本上是说将暗物质彼此分散时暗物质的大小，以及暗物质相互散射的可能性有多大。这基于各种数据，例如，通过观察星系团的形状，我们知道暗物质的相互作用不应超过一定数量，这又是说，暗物质是与其他人以及自身都弱相互作用的物体。再说一次，我们知道的就是如此之少。鉴于这种情况，我们正试图将想法从MACHO转变为WIMP。在这种情况下，WIMP是一个首字母缩略词，表示它们是相互作用非常弱的物体，甚至比之前讨论的中微子更弱。 WIMP(weakly interacting massive particle)表示弱相互作用的大质量粒子。它们应该是早期宇宙中产生的重型稳定粒子。重意味着质量大，并且由于，需要更多能量来制造。所以到目前为止，我们可能没有足够能量在实验室制造它们，但是大爆炸的能量如此之大，任何重粒子都应该产生，其中一些可能仍然存在。这就是我们将在接下来的讲座中关注的想法。
这个想法很简单。当一切都非常热并且处于平衡状态时，创造了和我们知道的其他粒子一样多的暗物质粒子。但是随着温度的下降，暗物质的数量也应该下降，因为宇宙无法继续制造它们，没有足够的能量来制造它们。但是一旦暗物质存在，唯一失去暗物质的途径是暗物质相遇并湮灭成其他种类的粒子。因此，根据它们彼此相遇和湮灭的频率，我们知道还剩下多少暗物质，这条曲线显示了根据相遇和湮灭的频率，可能剩余多少暗物质。
不要担心这些方程式，这是一个关于暗物质粒子可能多重的简单估算。如果 WIMP 的这个想法被证明是正确，结果是大约 300 GeV。实际上，这是一个非常有趣的数字，因为这是LHC 实验目前正在研究的能量类型。
但同时，因为暗物质应该存在于我们周围，也许我们真的可以捕捉到它们。但因为暗物质很少与我们相互作用，所以很难捕捉到它们。它们一直从我们身边经过，而我们却没有注意到，这就像试图在曼哈顿这样的大都市中聆听一种非常微弱的声音。这当然看起来完全不可能。那么你要做的就是去一个非常安静的地方隔绝噪音。
那么，应该在哪里呢？要想听到暗物质微弱的声音，我们必须去一个安静的空间，但哪里有这么安静的空间呢？所以，这是下一个问题。
