A Világegyetem nagy egyesítése

A kölcsönhatások egységes elméletének megalkotása választ adhat a kozmológia alapkérdéseire. A táguló Világegyetem valóban a múlt egy meghatározott időpillanatában kezdődött? A mi Ősrobbanásunk csak egyetlen epizód egy sokkal nagyobb Világegyetemben, amelyben örökösen kisebb és nagyobb ősrobbanások történnek? Ha így van, akkor a mi állandóink és törvényeink robbanásról robbanásra változnak?

A részecskefizika Standard Modellje (SM) kvantumtérelmélet. Alapösszetevői a terek, ezeknek apró fodrozódásai energiát és impulzust hordoznak egyik helyről a másikra. A kvantummechanika szerint ezek a fodrozódások csomagokban jelentkeznek, ezeket észleljük elemi részecskeként a laboratóriumokban. Az elektromágneses tér kvantuma a foton. A SM-ben minden részecskecsaládhoz külön tér tartozik. A leptontérhez tartozik az elektron, a müon, a tau-részecske és a neutrínók. A különböző típusú kvarkokhoz más terek tartoznak. A részecskék közti erőhatás valójában részecskék cseréje; az elektromágneses kölcsönhatást a fotonok, a gyenge kölcsönhatást a W- és Z-részecskék, az erős kölcsönhatást 8 féle gluon közvetíti.

A részecskék tömege széles tartományt fog át, a legnehezebb kvark tömege például 350 000-szerese az elektronénak. A SM azonban nem tud magyarázatot adni arra, hogy egyáltalán miért van tömege a részecskéknek, s ha van, akkor miért pont akkora. A tömeg létrehozására egy újabb teret vezettek be a fizikusok. Ez egy ún. skalártér, ahol a skalár szó arra utal, hogy a tér nem irányérzékeny. A skalárterek átjárják a teljes teret, a skalárterek és a többi tér kölcsönhatása ad tömeget az SM részecskéinek. Az elméletben jól bevált skalárterek létezése azonban még bizonyításra szorul. Az is vitatott, hányféle lehet belőlük. Még nem sikerült megtalálni ezeknek a tereknek a kvantumát, az ún. Higgs-részecskéket (létezésük lehetőségét Higgs angol fizikus vetette fel először.) Reálisan arra lehet számítani, hogy a genfi részecskefizikai kutatóközpontban, a CERN-ben jelenleg épülő óriásgyorsítónál (fent) 2020-ig sikerül majd létrehozni és kimutatni a Higgs-részecskéket.