Fizica se ocupă cu sondarea celor mai fundamentale mistere din natură, așa că nu este o surpriză că fizicienii au în minte câteva întrebări de bază despre univers. Recent, revista Symmetry Magazine (publicată de două laboratoare de fizică finanțate de guvernul american) a cerut unui grup de fizicieni de particule să numească întrebările deschise din fizică la care își doresc cel mai mult răspunsuri. Iată o mostră din dilemele pe care le-au împărtășit:

„Care va fi soarta universului nostru?”

Poetul Robert Frost a întrebat în mod faimos dacă lumea se va sfârși în foc sau în gheață, iar fizicienii încă nu pot răspunde la această întrebare. Viitorul universului – întrebarea numită de Steve Wimpenny de la Universitatea din California, Riverside – depinde în mare măsură de energia întunecată, care în acest moment este o entitate necunoscută. Energia întunecată este responsabilă pentru expansiunea accelerată a universului, dar originile sale sunt în întregime misterioase. Dacă energia întunecată este constantă în timp, probabil că vom avea în viitor o „mare înghețare”, moment în care universul continuă să se extindă din ce în ce mai repede și, în cele din urmă, galaxiile sunt atât de depărtate unele de altele încât spațiul pare un vast pustiu. În cazul în care energia întunecată crește, această expansiune ar putea fi și mai severă, astfel încât nu doar spațiul dintre galaxii, ci și spațiul din interiorul acestora să se extindă, iar galaxiile însele să fie sfâșiate – o soartă supranumită „marea ruptură”. O altă opțiune este ca energia întunecată să scadă astfel încât să nu mai poată contracara forța de atracție a gravitației spre interior, ceea ce ar face ca universul să se prăbușească pe el însuși într-un „big crunch”. Deci, practic, oricare ar fi varianta, suntem condamnați. Partea bună a lucrurilor este că niciuna dintre aceste eventualități nu ar trebui să se împlinească timp de miliarde sau trilioane de ani – suficient timp pentru a decide dacă sperăm la foc sau la gheață.

„Bosonul Higgs nu are absolut niciun sens. De ce există?”

Timbrul acestei întrebări a fost ironic, spune cel care a pus-o, Richard Ruiz de la Universitatea din Pittsburgh, dar indică o lipsă foarte reală de înțelegere cu privire la natura particulei descoperite anul trecut la Large Hadron Collider (LHC) din Europa. Bosonul Higgs ajută la explicarea modului în care toate celelalte particule și-au dobândit masa, însă ridică multe alte întrebări. De exemplu, de ce interacționează bosonul Higgs cu fiecare particulă în mod diferit – quarcul de vârf interacționează mult mai puternic cu Higgs decât electronul, ceea ce conferă quarcului de vârf o masă mult mai mare decât cea a electronului. „Acesta este singurul exemplu de forță „non-universală” din modelul standard”, spune Ruiz. În plus, bosonul Higgs este prima particulă fundamentală găsită în natură cu spin zero. „Acesta este un sector complet nou în fizica particulelor din Modelul Standard”, spune Ruiz. „Cum a apărut, nu avem nicio idee.”

„De ce este universul atât de rafinat echilibrat astfel încât viața poate exista?”

Bazându-ne pe șanse, chiar nu ar trebui să fim aici. Galaxiile, stelele, planetele și oamenii sunt posibile doar într-un univers care s-a extins cu viteza potrivită în primele sale zile. Această expansiune a fost guvernată de împingerea spre exterior a energiei întunecate care s-a războit cu atracția gravitațională interioară a masei universului, care este dominată de un tip invizibil numit materie întunecată. Dacă aceste cantități ar fi fost diferite – dacă energia întunecată ar fi fost doar un pic mai puternică după nașterea universului, de exemplu, spațiul s-ar fi extins prea repede pentru ca galaxiile și stelele să se formeze. Dar un pic mai puțină energie întunecată ar fi făcut ca universul să se prăbușească în el însuși. Așadar, se întreabă Erik Ramberg de la Fermilab din Batavia, Illinois, de ce sunt ele atât de perfect echilibrate pentru a permite universul în care trăim? „Nu cunoaștem un motiv fundamental pentru care acest echilibru ar trebui să existe”, spune Ramberg. „Nu există nicio îndoială că cantitatea de energie întunecată din univers este cea mai rafinată cifră din istoria fizicii.”

„De unde provin neutrinii astrofizici?”

Se preconizează că neutrinii de energie extrem de înaltă rezultă din coliziunile particulelor încărcate cu mare viteză, numite raze cosmice, cu particule de lumină (fotoni) din radiația cosmică de fond cu microunde care invadează universul. Dar ceea ce pune în mișcare acest proces și modul în care sunt accelerate razele cosmice sunt întrebări deschise. O idee principală este aceea că materia care cade în găurile negre supermasive înfometate din centrul galaxiilor dă naștere la raze cosmice – dar nu există încă nicio dovadă a acestei ipoteze. Se crede că neutrinii rezultați călătoresc atât de repede încât fiecare particulă minusculă are în interiorul ei la fel de multă energie ca o minge de baseball aruncată rapid (care are miliarde de miliarde de miliarde de atomi). „Nici măcar nu putem înțelege de unde vin aceste lucruri”, spune Abigail Vieregg de la Institutul Kavli pentru Fizică Cosmologică de la Universitatea din Chicago, care a pus întrebarea. „Dacă aflăm, putem afla despre sursele care accelerează aceste particule până la energii extrem de mari.”

„Cum se face că universul este alcătuit din materie și nu din antimaterie?”

Antimateria este ca materia în zi opusă: are aceleași proprietăți ca și materia care alcătuiește planetele, stelele și galaxiile, dar o piesă vitală este diferită – sarcina sa. Se presupune că universul a început cu părți egale de materie și antimaterie, dar, cumva, materia a învins, cea mai mare parte a celor două substanțe anihilându-se reciproc la scurt timp după big bang, lăsând un mic surplus de materie. De ce a pierdut antimateria acest război este o presupunere a tuturor. Oamenii de știință sunt ocupați să caute procese numite încălcări ale parității de sarcină, în care particulele preferă să se descompună în materie și nu în antimaterie, pentru a explica această diferență. „Suntem interesați în special să încercăm să vedem dacă oscilațiile neutrinilor sunt diferite între neutrini și antineutrini”, spune Alysia Marino de la Universitatea din Colorado, care a împărtășit întrebarea cu Symmetry. „Acesta este un lucru care nu a fost observat până acum, dar sperăm că următoarea generație de experimente va analiza mai în detaliu.”

.