Organizaţia Europeană pentru Cercetare Nucleară – CERN – anunţa luna trecută descoperirea în proporţie de 99,9999% a unei noi particule: Bossonul lui Higgs, mică particulă insesizabilă şi efemeră, numită şi „particula lui Dumnezeu”. Toate ziarele şi revistele din lume au anunţat această „descoperire a secolului” – aşteptată de peste 50 de ani, iar venerabilul profesor scoţian Peter Higgs, cel care a dat numele uneia dintre cheile universului, a devenit omul cel mai celebru din lume. Faimosul bosson Higgs, particula lipsă din Univers, le-a făcut viaţa grea cercetătorilor, care nu aveau ca reper decât urmele lăsate la dezintegrare. Rezultatele anunţate de CERN la 4 iulie sunt combina-ţia unei imense can-tităţi de date: aproximativ un milion de miliarde de coliziuni au fost observate. Ceea ce a permis oamenilor de ştiinţă să prezinte rezultatele cu o precizie extraordinară numită „5 sigma”, care corespunde unui nivel de incertitudine de 1 la 3 milioane. Acest bosson explică de ce particulele au masa pe care o au şi deci faptul că existăm. Fără el, nu am fi aici. Este piesa care lipsea din modelul standard care explică universul nostru şi forţele lui. Ce aşteaptă de acum fizicienii după rezolvarea misterului bosson? Desigur, cercetările vor continua pentru că fizicienii vor să măsoare produsele dezintegrării bossonului, pentru că el are o durată de viaţă prea scurtă pentru a fi direct detectat. Cercetătorii de la CERN vor trebui să determine şi dacă acest bosson este sau nu o particulă elementară, indivizibilă în alte mici particule, specialiştii considerând că s-a intrat într-o perioadă încă necunoscută, interesantă.
Dilema „punctului zero”
Ce s-a petrecut pentru ca după Big Bang, o pură explozie de energie impalpabilă, lumina, în loc să se disperseze fără sfârşit în „vid” cu 300.000 km pe secundă, a permis formarea galaxiilor, apoi a sorilor, apoi a planetelor, ceea ce a antrenat, cel puţin pe planeta nostră, crearea vieţii? Observarea cerului, unde de-a lungul secolelor s-au produs cele mai magnifice coliziuni între particule, când explodează o stea, când o gaură neagră înghite o lume, când o galaxie loveşte alta. În urmă cu 14 miliarde de ani, energia eliberată de Big Bang a creat un număr colosal de perechi de particule şi antiparticule. În universul primordial, antimateria deţine deci un loc fundamental.
Istoria antimateriei a început în 1930, când fizicianul Paul Dirac a descris în teoria cuantică mişcarea unui electron într-un câmp electromagnetic care ţine cont de principiile relativităţii lui Einstein. Legile matematicii prevăd că, în plus faţă de materia ordinară, există şi o altă formă de materie, cea pe care o numim antimaterie, formată din antiparticulele încărcate opus.
În momentul Big Bang-ului, materia pe care o cunoaştem astăzi nu exista. Se crede că universul era atunci un amestec fierbinte de particule. Atomii, moleculele nu erau încă formate. Primii care s-au format au fost la trei minute după debutul expansiunii, după cum demonstrează ecuaţiile. Problema oamenilor de ştiinţă este că, pe măsură ce ne apropiem de punctul zero, cu atât ştim mai puţin ce se petrece. Unii susţin chiar că nu a existat momentul zero. Cu cât ne întoarcem în timp, cu atât universul este mai mic, dar dimensiunea lui nu a fost niciodată nulă.
În pofida prodigioaselor evoluţii ştiinţifice şi tehnologice în domeniul astronomiei, ştiinţa are încă un drum lung de străbătut pentru explorarea Universului, a Căii Lactee şi pentru înţele-gerea mecanismelor.
„Susy”
Odată demonstrată existenţa bossonului lui Higgs, noul „Graal” al fizicienilor a devenit „supersimetria”, supranumită şi „Susy”, o simetrie presupusă a particulelor fizice care presupune o relaţie directă între fermioni şi bossoni. Practic, potrivit acestei teorii, fiecare particulă cunoscută este asociată unei particule, partenerul ei supersimetric, cu proprietăţi identice. Astfel, în cadrul Susy, fiecărui fermion cunoscut îi este asociat un bosson necunoscut. La fel, fiecare bosson cunoscut are ca partener supersimetric un fermion încă nedescoperit. Există pentru fiecare particulă cunoscută o „superparticulă” care îi este asociată sistematic şi care încă nu a fost detectată? Pentru quark, leptoni, bossoni sunt asociate tot atâtea particule simetrice numite uneori şi „sparticule”, „s”-ul însemnând super, referinţă la supersimetrie. De exemplu, electronului îi este asociat un „selectron”. Care este diferenţa dintre cele două grupuri? În lumea cunoscută, particulele au un spin, un moment cinetic. În lumea supersimetrică, ei schimbă aceste spinuri. Adică, supersimetria permite unificarea, la o înaltă energie, a tuturor forţelor, inclusiv interacţiunile forţelor. Problema este că până acum nu a fost găsită nici cea mai mică urmă de „sparticule”. Dar Susy ar putea fi soluţia pentru a răspunde problemei masei ascunse a universului, reprezentând ea singură 20% din conţinutul lui. Teoria presupune existenţa unor noi particule elementare; rămâne doar să fie descoperite.
Masă necunoscută
Cea mai mare necunoscută este cea a masei Universului. Întreaga masă cunoscută – de la micile obiecte din faţa noastră la galaxiile îndepărtate şi găurile negre – nu reprezintă decât 4% din masa totală. În rest, ar fi 23% de „materie neagră” şi 73% dintr-o misterioasă energie neagră, descoperită în urmă cu doar 14 ani şi care explică reintroducerea în modelele referitoare la Univers a unei constante cosmologice prevăzută de Einstein şi care accelerează expansiunea.Particulele supersimetrice ar putea fi candidaţi ideali pentru materia neagră, numai că nu sunt de găsit. Cum se poate detecta această materie neagră care ne traversează în permanenţă? Se evocă existenţa unui „neutralino” care ar fi stabil, masiv şi de nedetectat şi ne traversează cu miliardele în fiecare moment.
Există dimensiuni încă secrete ale Universului şi se caută frenetic „urmele” dimensiunilor suplimentare dar întrebările fizicienilor sunt foarte numeroase: particulele sunt supercorzi, Universul are zece dimensiuni de spaţiu, şi nu trei, cum prevede teoria corzilor care permit unificarea mecanismului cuantic şi relativitatea generală? Ce se află la originea misterioasei accelerări a expansiunii Universului, cum se include gravitaţia în modelul standard?
Energia neagră
Lucrările recompensate anul trecut cu Premiul Nobel pentru Fizică relevă accelerarea expansiunii Universului şi pun în evidenţă existenţa unei energii misterioase, zisă „neagră”, care pare a fi cea mai mare enigmă cu care se confruntă fizicienii. Energia sumbră sau neagră, care constituie peste 70% din Univers, „pare să rezide la frontiera dintre mecanica cuantică – infinitul mic – şi teoria generală a relativităţii lui Einstein, cele două mari teorii din fizică, dar numai la frontieră pentru că cele două teorii nu sunt compatibile, afirmă unii cercetători. Martin Rees, astrofizician la Universitatea Cambridge din Marea Britanie, precizează că „spaţiul vid în Univers conţine această energie care exercită un soi de forţă antigravitaţională şi explică expansiunea cosmică şi accelerarea ei”. Dar, spun experţii, nu se ştie încă dacă această misterioasă forţă ar putea duce la modificarea teoriei relativităţii. Ca atare, există un nou câmp de cercetare numit „energia neagră”, dar va trece multă vreme înainte de a se putea înţelege natura acestei forţe care pare să fie fundamentul spaţiului şi timpului.
Nimeni nu a văzut energia neagră, nici măcar în laboratoare, şi, în încercarea de a o identifica, observatorii Cosmosului vânează stelele cele mai îndepărtate şi mai ales cele care se află la sfârşitul…vieţii.
Materia neagră şi energia neagră, deşi sumbre amândouă, sunt noţiuni diferite. Materia invizibilă, conceptul materiei negre, s-a născut în 1933 când astronomul elveţian Zwicky, care măsura distribuirea vitezelor unor galaxii, a găsit viteze atât de mari încât o mare cantitate de masă trebuia să fie prezentă în grămadă. Această masă este materia neagră a cărei existenţă este prezisă de fizica particulelor, WIMPs. Astăzi cercetătorii au reuşit să cartografieze această materie neagră şi încearcă să capteze aceşti faimoşi WIMPs în detectoarele situate în subteran.
În 1920, Edwin Hubble a descoperit că, cu cât o galaxie este mai îndepărtată, ea se îndepărtează mult mai rapid, deci expansiunea Universului se accelerează. Faptul a fost demonstrat prin decalajul spre roşu a luminii supernovelor, dar atracţia gravitaţională între galaxii ar trebui să contracteze această expansiune care ar trebui să încetineze. Din acest motiv, oamenii de ştiinţă au propus existenţa unei forme necunoscute de energie, energia neagră, care împiedică galaxiile să se atragă între ele şi chiar le îndepărtează unele de altele.
Contrar materiei, energia neagră nu se grupează, este distribuită uniform în spaţiu, unde densitatea ei atinge câţiva atomi de hidrogen pe metru cub. O densitate atât de mică are o influenţă nesemnificativă pentru traiectoria planetelor. Materia şi energia sumbre sunt aproape în echilibru. Structurile observate rezultă din competiţia dintre expansiunea cosmică şi gravitate. Cele două teorii, materie neagră şi energie neagră, par să explice puncte obscure din structura şi istoria universului nostru. Numai că ambele sunt doar teorii, pentru că nu au fost niciodată observate direct şi sunt şi foarte controversate.
Găurile negre
Teribilele găuri negre reprezintă partea obscură a forţei.
Prin definiţie, o gaură neagră este o regiune din Univers din care nu poate scăpa nimic, nici materie, nici raze de lumină. Poate fi considerată un perfect astru negru – absoarbe totul şi nu emite nimic. Este una din cele trei posibilităţi care se oferă stelelor spre sfârşitul vieţii lor, celelalte două fiind piticul alb şi stea de neutroni. Gaura neagră este astrul care rezultă din moartea stelelor cele mai grele şi este într-un fel cel mai mare cadavru masiv din univers, dar şi cel mai misterios. Există diferite găuri negre. De o parte, cele pur matematice, unde nu importă ce masă se regăseşte comprimată într-un volum inferior celui unei sfere având raza lui Schwarschild (numită în onoarea cercetătorului care a descoperit această teorie). În acest caz, o gaură neagră nu este o problemă de masă ci una de densitate. Pe de altă parte, sunt găurile negre existente în universul nostru, care demonstrează ele însele proprietatea enunţată de Schwarschild. În această familie de găuri negre galactice se observă diferenţe în ce priveşte talia lor şi masa – de la masa Soarelui până la un miliard de ori masa sa. Au o densitate extraordinară, uneori de miliarde de tone pe centimetru cub, densitate care face din ele astre singulare, mai ales când intră în contact cu alţi aştri. De exemplu, în apropierea unei stele, o gaură neagră aspiră progresiv gazul acelei stele. Ea se descompune şi formează un disc de materie în jurul găurii negre, materie care dispare cu încetul.
Concret, găurile negre trebuie considerate obiecte ultradense unde, prin consecinţă, materia recurbează spaţiul-timp. Cele mai mari depistate până acum au masa de câteva milioane de ori mai mare decât cea a Soarelui. Cum să le detectezi, având în vedere că aceşti monştri sunt invizbili? Oamenii de ştiinţă le decelează prezenţa indirect, observând efectele pe care le produc în jur. Gazul, irezistibil atras, plonjează în jeturi şi se încălzeşte foarte puternic şi viteza anormal de crescută a stelelor, care par atrase de o masă enormă, dar invizibilă, poate trăda prezenţa „înghiţitorului”.
Universul şi tot ce conţine ar putea cunoaşte un sfârşit peste 3,7 miliarde de ani, potrivit astrofizicienilor americani şi niponi, care pun la îndoială teoria acceptată de majoritatea cosmologilor, cea a expansiunii eterne spaţiu-timp.
