El recorregut per la Física de Partícules

Què va pasar exactament en el Big Bang, no se sap ara per ara. Només es coneix la situació 0,0000000000001 segons després del Big Bang. En aquest moment primerenc tota la matèria de l'Univers actual estava concentrada en un espai molt petit. Això es va poder saber a partir de la expansió observada de l'Univers.

I què va passar exactament? A continuació es detallen alguns dels esdeveniments més rellevants sobre el desenvolupament de l'Univers:

Aquí tampoc hi ha coneixements o teories exactes, doncs les energies eren més elevades que les corresponents a les situacions de l'Univers que s'han pogut simular fins ara en els acceleradors de partícules. Hi ha l'anomenada "Teoria del Tot", abreujadament TOE (de l'anglès "Thoery of Everything"), que parteix de la base que totes les forces estaven unificades en una sola, l'anomenada "força fonamental". A part, ja existien les partícules fonamentals conegudes actualment, amb un equil·libri tant entre quarks i leptons com entre matèria i anti-matèria. A més a més també, hi deurien haver altres partícules que pertanyen a la TOE. L'objectiu de la física és trobar i confirmar aquesta TOE.

També aquí les energies eren molt elevades, de manera que fins ara no ha estat possible simular aquest moment de l'Univers en els acceleradors de partícules. Tanmateix, per aquest període ja es tenen models teòrics més exactes. Es parteix de la base que la força feble i la electromagnètica eren igual d'intenses, mentre que la força gravitatòria era insignificant per la producció i anihilació de les partícules fonamentals.
Ja existien totes les partícules fonamentals conegudes actualment, i possiblement fins hi tot més, no conegudes fins ara. Es formaven a partir d'energia segons la fórmula de l'energia de la massa E = mc².
També es creu que va ser en aquest periode que va aparèixer el desequil·libri entre la matèria i l'anti-matèria. Per què va sorgir aquest desequi·libri, encara no se sap explicar.

Les energies de les partícules són ara prou baixes com perquè es formin per primer cop hadrons, és a dir, unions de quarks. Així doncs en aquest moment la matèria consta de leptons i d'hadrons. També hi ha electrons, neutrins, protons i neutrons, però encara no es formen nuclis atòmics o àtoms sencers.

Es creen els primers nuclis atòmics. Es tracta principalment de nuclis d'hidrogen, o sigui protons. També hi ha nuclis d'heli i de liti. En aquest periode encara no apareixen àtoms perquè els fotons existents tornen trenquen els àtoms que es formen separant els electrons dels nuclis atòmics.

No és fins aquest moment que es formen els primers àtoms sense que siguin destruits directament per fotons. Per tant la matèria està feta ara d'estructures elèctricament neutres, de manera que només la gravetat és responsable de la distribució en l'espai.

Sota la influència de la força de la gravetat, juntament amb la força electromagnètica, les dues forçes de llarg abast, es formen els primers estels. Aquests estan fets primer dels atoms que existien al principi, hidrogen i heli. A l'interior de les estrelles es donen les condicions necessàries, és a dir, temperatures i densitats elevades, perquè es puguin formar nuclis pesats, que després, juntament amb els electrons ja existents, donen lloc a la resta d'àtoms del sistema periòdic dels elements químics. Mentrestant l'Univers s'ha refredat tant, que es formen les primeres molècules.
Després d'un cert temps les estrelles van explotar, de manera que es va alliberar el material a partir del qual es van poder formar després els sistemes solars com el nostre.

En el moment actual en el nostre Univers hi ha galàxies en les que els planetes orbiten al voltant dels sols. L'Univers continua expandint-se. A l'Univers encara es pot reconèixer un vestigi del Big Bang, l'anomenada "radiació còsmica de fons", tot i que l'Univers, en la seva aparença actual, no s'assembla gens a l'Univers de poc després del Big Bang. Si l'Univers continuarà expandint-se, o si en algun moment adquirirà una mida definitiva, o si algun dia invertirà el sentit del moviment i es contraurà fins arribar al punt de partida, el Big Bang, encara no està clar.

El Model Estàndard descriu l'Univers conegut des del moment més primerenc possible, o sigui 10^-13s després del Big Bang. Aquest estat de l'Univers pot simular-se en acceleradors de partícules. Però no s'ha d'ignorar que el que descriu tot això és un model. Els experiments fets fins ara han confirmat el Model Estàndard, de manera que sembla ser correcte. Pot ser, però, que en altres experiments es simulin moments de la Història de l'Univers més propers al Big Bang, i que aquests facin necessària una adaptació, una ampliació o el rebuig total del Model Estàndard. L'objetiu que intenten assolir els físics de moltes àrees de la física és trobar una "Teoria del Tot".

Amb els seus acceleradors, la física de partícules ha aconseguit produir, fent col·lisionar partícules fonamentals, energies que corresponen a l'energia dels primers periodes de l'Univers. Aquestes energies s'adquireixen a partir de les energies cinètiques de les partícules (relacionades amb el seu moviment), d'una banda, i també, d'altra banda, de les energies de la massa de les partícules. A partir d'aquesta energia sorgeixen noves partícules, com en els inicis de l'Univers, les quals corresponen a les partícules que es van crear en l'Univers primordial. En els acceleradors de partícules es donen una i altra vegada, doncs, fenòmens tipus "mini-Big Bang", això sí, saltant-se els primers 10^-13s. S'intenten aconseguir energies més elevades construint acceleradors de partícules cada cop millors, per poder simular instants cada cop més propers al Big Bang.