暗黒物質
暗黒物質（あんこくぶっしつ、 ダークマター）とは、天文学的現象を説明するために考えだされた「質量は持つが、光学的に直接観測できない」とされる、仮説上の物質である。"銀河系内に遍く存在する"、"物質とはほとんど相互作用しない"などといった想定がされており、間接的にその存在を示唆する観測事実は増えているものの、その正体は未だ不明である。
アルファ磁気分光器
我々の住む銀河系が物質で構成されていることは実験的に検証されており、観測可能な宇宙の中に存在する100億個以上の銀河も全て同様の物質で構成されていると考えられている。一方、ビッグバン理論では宇宙誕生直後に物質は同量の反物質と共に対生成されたと考えられている。これまでの観測結果では反物質は自然界ではほとんど発見されておらず、なぜこのような不均衡が存在するのかは、CP対称性の破れにより説明される。このため、反ヘリウム原子核を直接観測し、現在の宇宙における物質と反物質の存在比を知ることができれば、素粒子論や宇宙初期の様子を知るための手がかりとなりうる。1999年のAMS-01による観測で、宇宙全体のヘリウムと反ヘリウムの流束比（検知器に飛び込んでくる量の比）は感度限界の10より小さいことが確かめられた。AMS-02では感度限界を10まで押し下げており、反物質の存在比が解明されることが期待されている。
星などの観測可能な物質の量は、多くの観測結果から計算すると、宇宙全体の質量の5%以下を占めるに過ぎない。残りの95%のうち20数％を暗黒物質、70数％を暗黒エネルギーが占めていると考えられている。両者の性質はいまだに明らかでないが、現在のところ暗黒物質の有力な候補として挙げられているのがニュートラリーノである。もしニュートラリーノが存在すれば、それらが互いに衝突することによって発生する荷電粒子がAMS-02によって観測されるはずである。陽電子、反陽子、ガンマ線の放出などが検出されれば、ニュートラリーノや他の暗黒物質候補の存在を示す徴候となり得る。