La cosmologia és l’estudi del contingut i de les lleis de l’univers utilitzant la distribució de la llum i de la matèria en tot l’espai com un laboratori gegant. En particular, els cosmòlegs esperen comprendre quin és el contingut de l’univers, com va començar, i com va sorgir, a partir de les condicions inicials fa milers de milions d’anys, l’abundant estructura que observem avui, com ara les galàxies.
La cosmologia moderna es construeix sobre nombrosos conjunts de dades, aquí però ens centrem en tres grans pilars: la radiació còsmica del fons de microones, els cartografiats d’acumulaments de galàxies a grans escales, i les observacions de supernoves en un interval de distàncies. La radiació de fons de microones (CMB en anglès) és la llum (o els fotons) que van quedar alliberats quan l’univers s’havia refredat prou per formar àtoms i esdevenir neutre, uns 380,000 anys després del Big Bang; en aquell moment la densitat de matèria es va quedar impresa a la llum, la qual arriba a nosaltres essencialment inalterada, com fent una foto de l’univers nadó. Els cartografiats d’acumulament de galàxies a gran escala utilitzen correlacions subtils en la distribució espacial de galàxies per explorar el comportament de l’univers a un temps tardà. Finalment, les observacions de supernoves, utilitzen aquestes estrelles explosives com a “candeles estàndar” (doncs alliberen una quantitat estàndard i coneguda d’energia), per fer un mapa del comportament de l’univers proper a l’avui en dia.
Combinats, aquests mètodes ens han mostrat que l’univers té uns 14 mil milions d’anys, que conté un 5% de matèria regular (com l’hidrogen, l’heli, etc.), un 27% de matèria fosca, que s’acumula gravitacionalment però no interactua amb la llum, i un 68% d’energia fosca, que és misteriosa i actua com una densitat constant d’energia associada a l’espai buit i que té pressió negativa.
Aquesta energia fosca és la que l’experiment DESI busca d’explorar. La majoria de les substàncies que ens són familiars tenen una pressió positiva: si apretem un globus, aquest ens empeny cap enrere. Si apretem l’energia fosca, en canvi, aquesta continua contraient-se, i si l’estirem, continua expandint-se. En conseqüència, l’energia fosca és capaç d’efectuar una expansió accelerada del propi espai-temps, que és el que inicialment es va descobrir fent servir les observacions de supernoves i que ara s’investiga més completament amb els cartografiats d’acumulaments de galàxies. Desafortunadament, l’energia fosca no una predicció del Model Estàndar de física de partícules, i la seva naturalesa essencial encara es desconeix.
Els físics teòrics han proposat un ampli conjunt de possibles causes de l’acceleració còsmica, però totes tenen objeccions i reptes. L’explicació més famosa és la de la constant cosmològica, la qual es pot remuntar fins Albert Einstein. En aquesta teoria, l’espai resta intrínsecament ple d’un nivell petitíssim d’energia del buit, provinent d’una cancel·lació gairebé perfecta en la mecànica quàntica de les partícules elementals. Tanmateix desconeixem perquè la constant cosmològica té un valor tan petit i malgrat això diferent de zero; ni tampoc podem derivar-la de la nostra teoria de partícules elementals.
Altres idees impliquen noves forces de la naturalesa, modificacions de la teoria de gravetat, o nous efectes de la gravetat quàntica. No ho sabem. Tanmateix, algunes d’aquestes teories prediuen diferències mesurables en les observacions cosmològiques, i aquestes diferències son les que DESI intentarà detectar.
