Oamenii de ştiinţă cunosc multe despre cei 4% din Univers care sunt constituiţi materie obişnuită, vizibilă, precum cea care formează oamenii şi planetele, Pământul şi Soarele. Insă restul de 96% din Universrămâne un mister. Ceea ce constituie o combinaţie de materie nedescoperită şi energie cosmică, denumite materie întunecată şi energie neagră, constituie una dintre cele mai mari intrebări ale ştiinţei moderne. Cercetătorii ştiu însă unde ar putea gasi răspunsul. De aceea, astrofizicianul Rocky Kolb, de la universitatea din Chicago, şi Joe Lykken, teoretician în fizica particulelor la laboratorul Fermilab, vor explica într-o conferinţă săptămâna viitoare în Washington, DC, SUA, cum acceleratoarele de particule, sateliţii, telescoapele din sateliţi şi detectoarele subterane sunt pe cale să arunce o rază de lumină asupra materiei întunecate şi a enegiei întunecate.

Explicarea  misterului materiei şi energiei întunecate ar putea deschide uşa către un mod complet nou de a înţelege Universul nostru. „Materia întunecată şi energia  întunecată  sunt cele mai importante teme din toată ştiinţa”, afirmă cosmologul Michael Turner, care va fi moderatorul conferinţei. Anul trecut, la Smithsonian, Turner a fost moderatorul unei alte conferinţe, una despre teoria corzilor, unul dintre cele mai controversate concepte din fizica particulelor în prezent. Turner, de la universitatea din Chicago, este renumit prin faptul că îi împinge pe susţinătorii teoriilor în afara zonei lor de comfort, cu întrebări provocatoare. „Este un adevărat maestru”, spune Melody Curtis, coodonatorul senior pentru asociaţia Smithsonian. „El scoate tot ce este mai bun în oameni”.

Conferinţa va fi susţinută  mercuri, 24 septembrie, la ora 7 p.m, la Muzeul Naţional de istorie naturală Smithsonian din Washington, DC. Taxa de intrare este de 20 dolari.

Materia întunecată 

Oamenii de ştiinţă au găsit primele dovezi ale existenţei materiei întunecate în 1935. Ei au formulat ipoteza cum că  îngramadiri de materie întunecată au creat scenariul pentru galaxiile individuale, menţinându-le împreună, în timp ce planetele şi stelele se formau.

Energia întunecată

Cu aproximativ 10 ani în urmă, oamenii de ştiinţă au descoperit că o forţă de sens opus împingea Universul, extinzându-i marginile într-un ritm din ce în ce mai alert (n.t. S-a descoperit că Universul este în o expansiune accelerată). Aceasta putea fi cauzată de energia neagră, afirma Turner.

Materia şi energia întunecată comparate

El spune că: „ Materia întunecată şi energia întunecată  sunt cei doi titani întunecaţi care au controlat evoluţia Universului”. Ca şi energia neagră, materia întunecată a scăpat detectării directe, până acum. In afară de aceasta, cele doua par să nu aibă multe în comun. "Materia întunecată este distribuită în mod inegal în Univers”, afirmă Lykken. „Pe de altă parte, energia întunecată, dacă într-adevăr există, este distribuită în mod egal prin tot Universul. Deci există tot atât de multă energie întunecată   în acest birou, câtă există şi într-un cub de aceeaşi marime, aflat în spaţiul intergalactic.”

Gravitaţia energiei neagre nu atrage. In schimb, ea inspiră repulsie, asemeni băieţilor şi fetelor la un dans în şcoala generală. Deci se împrăştie cât mai departe în Univers. Asta nu înseamnă ca galaxia noastră se va destrăma în viitorul apropiat, spune Turner. „In galaxia noastră, energia neagră este depaşită numeric de materia întunecată.” Dar înţelegerea energiei negre ar putea să ne dea o noua viziune asupra viitorului Universului.

Cum se studiază materia şi energia întunecată? 

In zilele noastre, folosind diferite unelte de cercetare în cele trei frontiere ale fizicii particulelor, cercetatorii lucrează împreună pentru a răspunde la întrebări despre antimaterie şi despre energia neagră.

Pentru a descoperi cum s-a format Universul, oamenii de ştiintă folosesc acceleratoare de particule, precum LHC în apropiere de Geneva, Elveţia, pentru a reproduce energii şi temperaturi care existau imediat după Big Bang. Din cauză ca LHC va produce energii de şapte ori mai mari decât ale oricărui accelerator de particule înaintea lui, cercetătorii speră să producă şi să înregistreze particule care au disparut imediat după Big Bang, inclusiv particule teoretice de materie întunecată.

Alte unelte  pe care cercetătorii speră că le vor folosi pentru a obţine o mai bună înţelegere asupra originii Universului, îi vor ajuta să caute particule de antimaterie ce călătoresc prin spaţiu şi trec prin Pământ. De asemenea, cercetătorii vor căuta  efecte ale materiei întunecate  şi ale energiei întunecate în spaţiu.

Cercetătorii au îmbunătăţit un experiment denumit Căutarea Criogenică a Materiei Întunecate, prin adăugarea unei colecţii de detectoare subterane. Ei speră că vor identifica materia întunecată în timp ce ea trece prin interiorul Pământului.

Departamenul de Energie şi NASA lucrează la o misiune care propune să trimită un telescoap în spaţiu pentru a verifica dacă expansiunea Universului se accelerează şi dacă materia neagră este cauza pentru aceasta.

Entuziasmul unei generaţii 

„Acesta este un moment extraordinar”, spune Turner. „Se întrevăd descoperiri la orizont. Şi dacă istoria este un exemplu, probabil că vom fi surprinşi.” Ce înseamnă toate acestea? Este de asemenea posibil ca aceste tipuri de experimente (acceleratorul de particule, detectoarele subterane pentru materie întunecată şi telescoapul în satelit) să demonstreze că teoriile prezente despre materie întunecată  şi despre energia întunecată sunt de fapt greşite. „Ceea ce ar însemna este faptul că am trecut la un nou nivel”, afirma Lukken. „ Aceasta ar fi grozav”.

Cercetarea fundamentală duce la dezvoltări practice nebănuite

„Când oamenii de ştiinţă se jucau cu baterii şi magneţi, nu părea că va fi folositor pentru ceva, însă s-a dovedit a fi” , spune Lykken. Ideea că un magnet rotativ ar putea genera energie, acum guvernează generatoarele de curent electric din toată lumea.  „Conexiunea dintre magnetism şi electricitate a revoluţionat societatea noastră”, susţine Lykken. „Este motivul pentru care acum noi nu îngheţăm în întuneric”.

Altă idee care parea să fie folositoare doar pentru stimularea intelectului a fost cea a mecanicii cuantice, formulată in 1920, pentru a explica comportamentul straniu al particulelor din interiorul atomilor. „Doar câteva persoane din întreaga lume au înţeles-o”, spune Lykken.” Dar după aproximativ 30 de ani, John Bardeen a inventat tranzistorul bazat pe mecanica cuantică.” Şi acesta a stat de atunci la baza electronicii.

Instrumentele de cercetare pot  de asemenea să-şi găsească noi întrebuinţări în diferite domenii, precum medicină. Cercetarea în domeniul fizicii particulelor a contribuit la  Computer-Aided Tomography (scanări CAT, sau tomografie asistată de calculator), Magnetic Resonance Imaging (MRI, sau rezonanţă magnetică nucleară), Positron Emission Tomography (scanări PET, sau tomografie cu emisie de pozitroni) şi la tratarea cancerului.

Turner spune ca el nu poate prezice cum întelegerea materiei întunecate  şi energiei întunecate vor fi folosite practic, dar el susţine că are încredere in puterea cercetărilor fundamentale. „Pe termen lung, cercetarea fundamentală nu numai că schimbă modul în care privim Universul”, spune el, ”dar schimbă de asemenea şi modul în care trăim şi îl schimbăîn bine”.

Articol tradus pentru www.StiintaAzi.ro şi www.FizicaParticulelor.ro de Alina Valentina Tănăsescu. Articolu original se găseşte în revista Symmetry, de unde noi am tradus cu permisiunea lor. Subtitlurile ne aparţin şi au fost puse de Adrian Buzatu.