De que é feito o Universo?
Sabemos que as galáxias que vemos são formadas pelos mesmos átomos dos elementos que encontramos no planeta Terra. Esta informação é deduzida da análise da luz que emitem. Mas vários argumentos indicam que a matéria visível nas galáxias representa apenas 4% do total de matéria e energia no Universo. Ninguém sabe o que são os outros 96%. 

Há uma partícula elementar?
A teoria actual (modelo padrão) dos constituintes e interacções elementares diz-nos que existem 37 partículas elementares: 6 leptões e 6 quarks, e as correspondentes anti-partículas, mais 12 bosões intermediários das interacções, e finalmente o bosão de Higgs ainda não descoberto. Este modelo parece demasiado complicado para ser a explicação fundamental da estrutura da matéria. A investigação feita no CERN e noutros laboratórios procura saber se há algo escondido por detrás deste grande número de “partículas elementares”.

Porque é que as partículas têm massa?
Ninguém sabe ao certo. No modelo padrão das partículas elementares estas têm massa devido à interacção com o campo do bosão de Higgs. Mas de momento isto não passa de uma teoria não verificada experimentalmente.

Como sabemos da existência do bosão de Higgs?
Saberemos da existência do bosão de Higgs se o conseguirmos produzir nas colisões entre partículas muito energéticas e observarmos os produtos do seu decaimento. Este é um dos objectivos principais das experiências no Large Hadron Collider (LHC) em fase final de preparação no CERN.

Porque é que o Universo deu preferência à matéria sobre a anti-matéria?
Algumas interacções entre partículas elementares observadas em laboratório não respeitam a simetria entre matéria e anti-matéria (simetria CP). Nalguns casos é mais provável produzir matéria do que anti-matéria. Pensa-se que este facto esteja na origem do excesso de matéria no Universo face à anti-matéria. A quebra da simetria CP tem sido estudada desde há várias décadas mas não se conhece ainda a origem profunda deste fenómeno.

O que é a matéria negra?
Ninguém sabe de que é formada a matéria negra. O conceito de matéria negra foi introduzido há algumas décadas para explicar porque razão as galáxias permanecem coesas apesar da sua elevada velocidade de rotação. Deve existir alguma forma de matéria não visível responsável pelas forças gravitacionais necessárias para explicar a rotação das galáxias.
Nos anos 1990 descobriu-se que não só o Universo está em expansão (o que já se sabia) mas além disso a taxa de expansão do universo está a aumentar. Alguma força, uma espécie de anti-gravidade, deve forçar as galáxias a afastarem-se umas das outras, acelerando a expansão. A energia associada a este fenómeno foi designada de energia escura. Mais uma vez ninguém sabe ao certo o que é a energia escura.
No fim do século XIX dizia-se que a Física estava a chegar ao fim. Hoje ninguém arrisca fazer um prognóstico sobre tal matéria.

Biografia
Professor no Departamento de Física do IST e investigador no LIP (Laboratório de Instrumentação e Física Experimental de Partículas) em Lisboa. Presentemente é adido científico do CERN. Desde 1979 realiza experiências de física de partículas. Participa na experiência Compact Muon Solenoid (CMS), no anel de colisão LHC em instalação no CERN, realizada por uma colaboração de cerca de 2000 cientistas. Coordena a participação portuguesa e é responsável por um dos cinco subsistemas de detecção da experiência CMS. Director do consórcio PET-Mamografia onde coordena a investigação de novas tecnologias em tomografia por emissão de positrões. Co-autor de cerca de 180 publicações científicas, publicou o livro de divulgação o Século dos Quanta, Gradiva.