Care este natura Universului şi din ce este acesta format? Ce sunt materia, energia, spaţiul şi timpul? Cum am ajuns aici şi încotro ne îndreptăm? De-a lungul istoriei umanităţii, teoriile şi experimentele ştiinţifice tot mai puternice şi mai sofisticate au încercat să răspundă la aceste întrebări fundamentale referitoare la Univers. Cunoştinţele obţinute pe această cale ne-au condus la intuiţii revoluţionare privind natura lumii care ne înconjoară.

 



În ultimii 30 de ani, fizicienii au reuşit să înţeleagă în profunzime particulele fundamentale şi legile fizicii care guvernează materia, energia, spaţiul şi timpul. Cercetătorii au testat modelul standard prin nenumărate experimente şi de fiecare dată predicţiile sale s-au adeverit. Seriile de descoperiri experimentale şi teoretice care au format împreună modelul standard pot fi considerate cu adevărat unul dintre cele mai mari triumfuri ştiinţifice din secolul al XX-lea.

În prezent, într-o etapă ştiinţifică pe care unii o consideră la fel de importantă ca postularea teoriei heliocentrismului de către Copernic, noi date surprinzătoare au arătat că doar cinci la sută din Univers este format din materie obişnuită, vizibilă, descrisă de modelul standard. Nouăzeci şi cinci la sută din Univers conţine materie şi energie întunecată, ale căror natură fundamentală rămâne un mister. Perspectiva elegantă şi sistematică pe care o oferă modelul standard asupra Universului trebuie încorporată într-o teorie mai profundă, capabilă să explice noile fenomene. Rezultatul va fi o revoluţie mai dramatică decât oricând la nivelul fizicii particulelor.

Întrebări despre Univers

La nivel internaţional, se derulează în prezent un program de investigare a fizicii particulelor, pentru a explora misteriosul peisaj ştiinţific nou descoperit. Nouă întrebări corelate trasează astfel drumul care ni se deschide înainte.

1. Există principii nedescoperite ale naturii: noi simetrii, noi legi fizice?

Ideile cuantice care descriu într-un mod atât de reuşit materia familiară eşuează când sunt aplicate la nivelul fizicii cosmice. Soluţionarea problemei necesită apariţia unor forţe şi particule noi, care să indice descoperirea unor noi simetrii – principii nedescoperite privind comportamentul naturii.

2. Cum putem rezolva misterul energiei întunecate?

Energia întunecată care umple spaţiul gol şi accelerează expansiunea Universului are mai mult ca sigur o explicaţie la nivel cuantic. Energia întunecată trebuie să fie relaţionată cu câmpul Higgs, o forţă care umple spaţiul şi le conferă masă particulelor.

3. Există alte dimensiuni spaţiale?


Teoria corzilor prezice şapte dimensiuni spaţiale nedescoperite, responsabile pentru o mare parte din complexitatea aparentă a fizicii particulelor. Descoperirea unor dimensiuni suplimentare ar constitui un eveniment epocal în istoria umanităţii: ne-ar schimba modul în care înţelegem naşterea şi evoluţia Universului. Teoria corzilor ne-ar putea remodela concepţia pe care o avem despre gravitaţie.

4. Devin toate forţele una singură?

La nivelul cel mai fundamental, toate forţele şi particulele din Univers ar putea fi înrudite. De asemenea, este posibil ca toate forţele să fie manifestări ale unei singure mari forţe unificate, caz în care visul lui Einstein ar deveni realitate.

5. De ce există atât de multe tipuri de particule?

De ce există trei familii de particule şi de ce diferă masele lor atât de dramatic? Tiparele şi variaţiile din familiile particulelor elementare sugerează că la bază s-ar putea afla principii nedescoperite care să lege laolaltă toate quarcurile şi leptonii din modelul standard.

6. Ce este materia întunecată? Cum o putem produce în laborator?

Majoritatea materiei din Univers este materie întunecată de natură necunoscută, formată probabil din particule grele produse în timpul Big Bangului. Deşi cele mai multe s-au anihilat devenind energie pură, unele au rămas. Aceste particule ar trebui să aibă o masă suficient de mică pentru a putea fi produse şi studiate în acceleratoare.

7. Ce ne spun particulele neutrino?

Dintre toate particulele cunoscute, particulele neutrino sunt cele mai misterioase. Acestea au jucat un rol esenţial în evoluţia Universului, iar masa lor infinitezimală ar putea indica existenţa unui nou tip de fizică, la energii foarte înalte.

8. Cum a luat naştere Universul?

Conform teoriei cosmice, Universul a început cu o singură explozie, urmată de expansiunea cunoscută drept inflaţie cosmică. După aceasta, Universul s-a răcit, trecând printr-o serie de etape de tranziţie, ceea ce a făcut posibilă formarea stelelor, galaxiilor şi apariţia vieţii pe Pământ. Pentru înţelegerea inflaţiei, este nevoie de descoperiri la nivelul fizicii şi gravitaţiei cuantice.

9. Ce s-a întâmplat cu antimateria?

Aproape sigur Big Bangul a produs cantităţi egale de materie şi antimaterie. Totuşi, Universul pare să nu conţină antimaterie. Cum a apărut această asimetrie?

Oportunităţi pentru descoperiri

Trăim într-o eră când căutarea răspunsurilor la marile întrebări ne conduce către un mod nou şi revoluţionar de înţelegere a Universului.

După cum a declarat John Marburger, consilier prezidenţial pentru ştiinţă, s-au ivit oportunităţi noi şi nesperate pentru descoperirea naturii fundamentale a Universului. Deşi tehnologia face ca asemenea descoperiri să fie posibile, pentru a profita de aceste oportunităţi trebuie totuşi să ne centrăm eforturile pe domenii foarte diferite.

„Universul cuantic” este un răspuns oferit acestei provocări. În acest sens, poate fi privit ca un ghid, prezentându-ne cele mai recente cunoştinţe pe care le-am dobândit şi direcţia înspre care ne îndreptăm. Capitolele următoare explică în mod clar cum experimentele care ţin de fizica particulelor, derulate până în prezent sau care urmează să se desfăşoare la acceleratoarele şi laboratoarele subterane, împreună cu probele spaţiale şi telescoapele de la sol, ne oferă noi oportunităţi pentru descoperirea naturii fundamentale a Universului.



Traducere de Daniela Chiru după quantumuniverse/execsummary