Quines són les principals forces que regeixen el nostre univers?

Dossier: 10 preguntes essencials sobre l’Univers

La física sempre ha tingut l’ambició d’explicar la diversitat de la realitat per part d’una unitat subjacent. Una llei explica la caiguda de les pomes i el moviment de la lluna , una altra explica l’electricitat i el magnetisme. Agrupant diversos fenòmens en descripcions úniques, els físics han aconseguit reduir-ho tot a quatre grans classes de fenòmens, governats per quatre forces anomenades "interaccions fonamentals".

Simulació de la desintegració d’un bosó de Higgs. © Lucas Taylor, Cern,
Wikimedia Commons, CC 3.0. Clic a la imatge per engrandir.

La gravitació explica la gravetat, la caiguda dels cossos, però també les marees, les trajectòries de la Lluna, els planetes, les estrelles i les galàxies, fins i tot l’expansió de l’ Univers. Està molt ben descrita per la teoria de la relativitat general d'Einstein.

Clic a la imatge per engrandir. Les quatre interaccions fonamentals (gravetat, electromagnetisme,
interaccions fortes i febles), conegudes avui al nostre univers a baixa temperatura (part inferior
del diagrama) es podrien unir progressivament a una energia i una temperatura molt elevades,
pujant així cap al Big Bang (part superior del diagrama). La primera unificació (fusió de la força dèbil i l'electromagnetisme en la força electrofeble) es va dur a terme experimentalment al CERN. © Domini públic.

• L’electromagnetisme reuneix tots els fenòmens elèctrics, magnètics i lluminosos, les reaccions químiques o la biologia, de fet, gairebé tots els fenòmens de la vida quotidiana, a part de la gravetat. Es descriu perfectament per la teoria electromagnètica de Maxwell.

• La interacció forta explica la cohesió dels nuclis atòmics, per tant la mateixa existència del material que coneixem. Es descriu per la teoria de la cromodinàmica quàntica.
  
  
• La interacció feble provoca la desintegració radioactiva de les partícules subatòmiques i permet la fusió termonuclear dins de les estrelles. 

 Aquestes dues últimes interaccions no van ser evidents fins a mitjan segle XX, quan es va començar a comprendre l’estructura dels nuclis atòmics. S’anomenen “nuclears” perquè només s’exerceixen al nivell de nuclis atòmics; per tant, són de molt curt abast. D'altra banda, la interacció gravitatòria (la influència de la qual és minúscula a escala microscòpica) i la interacció electromagnètica són de rang infinit, la seva intensitat disminueix amb la distància.

Cap a una teoria anomenada Gran Unificació

Quatre interaccions per explicar tots els fenòmens físics, és poc. Però encara és massa per als teòrics a la recerca d’unitat. Voldrien reduir aquest nombre. Per exemple, les quatre interaccions fonamentals serien aspectes o nivells diferents d’una mateixa realitat que es podrien caracteritzar a un nivell més profund, és a dir, expressat per una sola teoria “unitària”.

Els treballs dels anys 80 han descrit amb èxit la interacció electromagnètica i la interacció feble pel mateix formalisme; la força única resultant s’anomena “electrofeble”. El famós bosó de Higgs-Englert, descobert el 2012 al Cern, era una de les prediccions últimes d'aquesta teoria unificada. S'espera poder unir un dia aquesta última amb la interacció forta dins d’una teoria anomenada Gran Unificació. L’objectiu final seria també incorporar la gravetat en un patró coherent i s’estan fent molts intents, de moment encara no assolits, com les diverses teories de cordes.

Accedir a l'índex del blog sobre el dossier "10 preguntes essencials sobre l'Univers" fent un clic aquí.

Autor de l'original: Jean-Pierre Luminet

Ho he vist aquí.