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宇宙的主要成分包括：暗能量(74％)，暗物质(DM)(22％)和重子物质(4％)。暗物质意味着新物理，但迄今我们对暗物质的性质，包括质量、自旋、对称性等粒子属性，以及它与可见物质的相互作用性质，都所知甚少。此论文的主要目的就是从粒子物理的角度出发，基于一些最近的实验进展以及一些理论方面的动机，对暗物质的性质做深入地研究。
间接探测方面，PAMELA、ATIC和FERMI等实验报告了宇宙射线中电子成分对背景的超出，而反质子无超出(仅PAMELA实验测量反质子谱)。用暗物质解释这些实验结果时，对暗物质的质量(在TeV区间)、对称性(可能有非常小的破缺效应使得DM极缓慢的衰变)和相互作用性质(与轻子部分有特殊联系)等数个方面给出了非常强的约束。所以它们是探究暗物质性质的关键线索。
另外，粒子物理标准模型存在着规范等级问题且没有暗物质候选者。由于自旋统计关系，超对称自然解释了规范等级问题。考虑R-宇称，超对称标准模型自然提供了暗物质候选者。超对称不仅可以稳定低能能标(不被辐射修正破坏)，而且其破缺可自然解释这些能标的起源。因此根据以上实验结果，我们构造了具有衰变暗物质的超对称模型，其中暗物质和普通物质通过低标度的(～10 TeV)右手中微子传递相互作用(或者说右手中微子作为DM与最小超对称标准模型(MSSM)相互作用的端口)。这个模型中我们得到如下结果：(i)暗物质可以自然有很小的衰变率，因为保护DM稳定的对称性在暗物质区(dark sector)(DS)中自发破缺在TeV能标，但暗物质只通过高维算子衰变；(ⅱ)暗物质以freeze-in的方式获得合适的剩余丰度；(iii)DM的衰变产物与轻中微子tri-bimaximal-mixing(TBM)相关，从而DM主要衰变到后面两代带电轻子，因此自然解释电子的超出；(iv)模型还可以解决小尺度功率谱问题，因为较重的暗物质区粒子后时衰变产生了相对论性的费米引力子，它具有合适的自由程因而可以减低小尺度上的功率谱。
直接探测方面，CoGeNT/DAMA报告的可能事例如果用暗物质解释，则要求其质量在8 GeV附近，与核子的弹性散射截面比较大～10-40 cm2。传统的超对称模型如(N)MSSM中难以自然给出这样的候选者。另一方面，用湮灭暗物质解释宇宙射线反常时，需要一个新的U(1)X规范群，其能标～sub-GeV。由于它与轻的暗物质质量比较接近，又轻的U(1)X规范玻色子可以通过与U(1)Y的能动量混合传递较大的暗物质-核子反冲，所以我们猜测暗物质可能来自U(1)X区。这样的模型不但可以在sub-GeV自发辐射破缺U(1)X，而且提供了一个统一的动力学图像理解直接和间接探测的实验结果。
另外，WMAP测定现在宇宙中暗物质和重子物质的能量密度比满足ΩDMh2：Ωbh2≈5:1。这个数值上的巧合是一个谜，因为按照我们对暗物质和可见物质早期动力学的了解，两者的热力学史不一定有直接联系。不对称暗物质(ADM)提供了解释这个巧合的动力学机制，且预言出暗物质与质子的质量比大概是5:1。传统的暗物质候选者如费米引力子本身不能是ADM，所以我们推广了这个框架，假设费米引力子的剩余丰度来自不对称亚稳粒子(AMP)的后时衰变。如此预言费米引力子质量在5个GeV附近。因为费米引力子的质量由超对称破缺标度动力学确定，所以这个预言的质量对超对称破缺以及传递有非常深远的意义。虽然MSSM不能提供AMP，但在一些具有充分物理动机的扩充模型中自然存在AMP。