從原子物理到原子核物理，再到今天的粒子物理，物理學的日臻完善已經能夠很好地解釋許多諸如複雜的天體運動本質的自然現象。宇宙學模型認為，宇宙大爆炸後經曆了超高能、高能、低能過程，對應的物理規律也符合大統一、弱電統一和量子色動力學，宇宙大爆炸及其演化所產生的粒子則遵循這些規律。然而，在宇宙中還可能存在著一些弱作用冷暗物質粒子，它們的形成及運動規律是現有粒子物理模型所不能解釋的，於是科學家們又提出了超對稱粒子物理模型。現代天文觀測和爆炸宇宙論的研究表明，宇宙中的物質絕大多數是暗物質，而暗物質中大多數是由冷暗物質粒子組成的非重子暗物質，現在普遍的看法認為這種冷暗物質粒子在宇宙中的含量超過20%。戴長江研究員介紹說，盡管目前實驗室還不能對這種新物理模型假說提供有力的證據，但超對稱粒子物理模型能很好地解釋宇宙螺旋星係中星雲旋轉速度幾乎不隨星雲盤徑向的距離而改變以及在星係空間氣體輻射的X射線觀測中發現的氣體平均速度大於其逃逸速度。
自1985年以來，宇宙中暗物質的研究已成為天體物理、粒子物理和宇宙學的交叉熱點，其中對冷暗物質粒子——超對稱粒子的觀測研究是當今非加速器物理實驗最熱門的課題之一。
冷暗物質之爭
美國、法國、日本等科技大國的物理學家正在夜以繼日地觀測研究宇宙冷暗物質，如西歐核子中心（LSC)正在建造一個大型超高能粒子加速器，以捕捉和觀測宇宙中可能存在的超對稱粒子。與此同時，一個目標相同但采取自然觀測以降低實驗成本的科研小組在經過了600天的觀測後，已經得到了能夠證實超對稱粒子確實存在的初步證據，這個科研小組由意大利羅馬大學牽頭，中國科學院高能物理研究所由於在實驗方法技巧、數據係統處理、電子插件研製等方麵具有優勢，1992年在法籍華人陶嘉琳女士的促成下成為重要合作單位之一。
該科研小組研製了100公斤放射性很低的碘化鈉晶體陣列，用於在自然界直接尋找相互作用極弱的超對稱粒子。為了防止宇宙線的幹擾，他們將實驗設備安裝在意大利格朗薩索國家實驗室中，這個實驗室位於岩層厚度達1000米的阿爾卑斯山脈下的一個山洞中，可以很好地屏蔽宇宙線。在對1996年至1999年累計達600天的有效實驗數據進行分析後，該實驗小組獲得了3個周期的年調製效應，顯著性力近4倍標準偏差，種種跡象表明，宇宙中可能存在超對稱粒子。他們甚至還估計出了這種超對稱粒子的質量和流強上限。
正如美國南卡羅來納大學的物理學家弗蘭克阿維尼奧內所評說的：“如果這一發現屬實，無疑是具有諾貝爾獎水平的。”當意中科研小組對外公開他們的發現時，在科學界自然引起軒然大波。日前，美國斯坦福大學的物理學家們對外宣稱也進行了一項捕獲宇宙中弱作用重粒子的實驗，“但結果可能與意中科研小組的研究成果相抵觸”。在隨後舉行的第4屆宇宙暗物質來源及探測國際研討會上，意大利羅馬大學的科學家代表駁斥了斯坦福大學的結論，認為“兩項實驗之間存在的實質性區別以及弱作用重粒子的未知屬性可能意味著我們最終也許會發現兩項實驗的結果都是正確的”。
冷暗物質之夢
戴長江研究員這樣描述這種未知的超對稱粒子：質量至少是質子的50倍由於和其他物質發生相互作用的概率很低，能夠幾乎不留痕跡地經過其他物質。他說：“我們現在要和時間賽跑，和世界上眾多的科研機構競爭，一旦證實宇宙中真的存在這種用常規方法觀測不到的冷暗物質粒子，對爆炸宇宙學模型和超對稱粒子物理模型將是一個強烈的支持，也就把我們對客觀規律的認識大大向前推進了一步”。
由於這種冷暗物質粒子具有弱作用的特性，因此要在實驗室裏記錄和捕捉它極其困難。戴長江研究員介紹說，目前，科學界一般用兩種方法來探測它，一是間接法，采用地下大型的中微子探測器或空間磁譜儀等規模大、接收度高的設備，通過探測正反超對稱粒子湮滅所產生的次級粒子來確認，但此法由於中間過程多，待定數也多，較難獲得準確的觀測結果；二是直接法，即直接探測超對稱粒子經過實驗晶體陣列時留下的極其微弱的作用，此法由於成功的概率很低，因此需要研製相當規模的高靈敏度的探測係統和開發相應的實驗技術方法。
據了解，目前意中科研小組已將用於記錄超對稱粒子弱作用的碘化鈉晶體陣列由100公斤擴大為250公斤，仍由兩國合作繼續日夜不停地觀測。我國在國家自然科學基金的支持下，由戴長江研究員組織，也已成立了由來自中國科學院高能物理研究所、清華大學、中國原子能研究院等9家單位的25名專家組成的科研隊伍，準備采取另一種500公斤二氟化鈣晶體陣列探測係統去進行觀測鑒定，實驗地點有可能選在北京航空博物館或京郊某一大山洞中。戴長江研究員樂觀地說：“如果進展順利，估計3年內我們會拿出一個確切的結果來”。