在
粒子物理学
领域中，科学家研究构成万物的最小物质单元的性质以及它们之间的相互作用。而物理学的另一分支——
天体物理学
——则专注于创造和检验描述在浩瀚宇宙中发生一切的理论。
粒子物理学和天体物理学家看似关注的是两个不同极端的现象，但从事这两个领域的科学家实际上需要互相依赖。有许多最前沿的研究都连接了这两者。
宇宙结构的种子
粒子物理学家和天体物理学家都在追问早期的宇宙是如何成长演化的。
Eva Silverstein是斯坦福大学的物理学教授，她总是在办公室计算着宇宙早期经历的一次急速膨胀的数学细节，这个快速成长的时期被称为
宇宙暴胀
。Silverstein表示：“对我而言，这是个非常有意思的课题，因为你可以理解宇宙中结构的起源。暴胀理论是物理学家能够想象的到的解释结构起源的最简单和漂亮的模型。”
△ 宇宙早期经历了一次指数式的膨胀，被称为宇宙暴胀（Inflation）。
科学家认为在大爆炸之后，宇宙逐渐冷却，粒子开始结合形成氢原子。这个过程会释放之前被困住的光子——即组成光的基本粒子。
那些光的余晖即所谓的
微波背景辐射
，今天仍遍布宇宙。科学家通过测量微波背景辐射的不同性质来研究大爆炸后的瞬间究竟发生了什么。
根据现有的模型，在亚原子尺度首先形成的模式最终成为了整个宇宙结构的基础。那些拥有密集亚原子粒子的区域会吸引越来越多的物质。随着宇宙逐渐成长，这些密集的区域会形成星系和星系团。从极小成长为极大。
但科学家研究微波背景辐射不仅仅只是为了研究宇宙是如何成长的，他们想要知道的更多，比如寻找暗物质、暗能量和中微子质量的蛛丝马迹。
Silverstein 说：“能够探索约138亿年前发生的事情是非常惊人的，虽然不能事无巨细的了解一切，但我们仍可以掌握相当多与宇宙中的物质和相互作用有关的细节。”
理论物理学家 Stephen Weinberg 在《最初三分钟》中写道：“将宇宙历史追溯到起点的愿望是许多科学家无法抗拒的动力。”这位诺贝尔奖获得者补充说：“从现代科学开始的16，17世纪起，物理学家和天文学家一次又一次地回到宇宙起源这个问题上。”
在黑暗中搜寻
粒子物理学家和天体物理学家都在思考
暗物质
和
暗能量
。天体物理学家想知道的是——是什么构成了早期的宇宙，又是什么组成了现在的宇宙。粒子物理学家想知道的是——宇宙中是否还有未发现的粒子和力在等待我们去寻找。
SLAC 理论物理学教授 Michael Peskin 说：“暗物质在组成宇宙的物质中占的比重很大，但在
粒子物理学的标准模型
中，还没有已知具备暗物质性质的粒子。暗物质间的相互作用非常弱，它们质量大、移动缓慢，在整个宇宙寿命期间里都相当稳定。”
暗物质存在的证据可通过其对星系和星系群里普通物质的引力效应体现。这些观测的结果表明，宇宙大约由4.9％的普通物质、26.8％的暗物质和68.3％的暗能量构成。但到目前为止，科学家仍未能直接观测到暗能量与暗物质。
△ 宇宙的成分。（图片来源：Naukas.com）
Peskin 说：“这是粒子物理学领域最尴尬的事。不管在宇宙中能看到多少原子物质，相应的就存在其五倍多的暗物质，我们却不知道它们是什么。”
但科学家拥有强大的工具来帮助我们去探索这些未知。SLAC的高级科学家兼理论组负责人 Tom Rizzo 说，过去几年来，解释暗物质的模型的数量一直在增加，与其一同增长的还有各种不同的探测方法的数量。
