As a particle physicist, I study the elementary particles and how they interact on the most fundamental level. For most of my research career, I've been using accelerators, such as the electron accelerator at Stanford University, just up the road, to study things on the smallest scale. But more recently, I've been turning my attention to the universe on the largest scale. Because, as I'll explain to you, the questions on the smallest and the largest scale are actually very connected. So I'm going to tell you about our twenty-first-century view of the universe, what it's made of and what the big questions in the physical sciences are -- at least some of the big questions.
Als deeltjesfysicus bestudeer ik de elementaire deeltjes en hoe ze interageren op het meest fundamentele niveau. Tijdens mijn onderzoekscarrière heb ik meestal versnellers gebruikt, zoals de elektronversneller aan de Stanford University, iets verderop, om dingen te bestuderen op de kleinste schaal. Maar de laatste tijd heb ik mijn aandacht meer gericht op het universum op de grootste schaal. Want, zoals ik jullie zal uitleggen, de vragen op de kleinste en de grootste schaal zijn eigenlijk heel erg verbonden. Ik ga jullie vertellen over ons 21ste-eeuws beeld van het universum, waar het uit bestaat en wat de grote vragen in de fysische wetenschappen zijn -- tenminste een paar van de grote vragen.
So, recently, we have realized that the ordinary matter in the universe -- and by ordinary matter, I mean you, me, the planets, the stars, the galaxies -- the ordinary matter makes up only a few percent of the content of the universe. Almost a quarter, or approximately a quarter of the matter in the universe, is stuff that's invisible. By invisible, I mean it doesn't absorb in the electromagnetic spectrum. It doesn't emit in the electromagnetic spectrum. It doesn't reflect. It doesn't interact with the electromagnetic spectrum, which is what we use to detect things. It doesn't interact at all. So how do we know it's there? We know it's there by its gravitational effects. In fact, this dark matter dominates the gravitational effects in the universe on a large scale, and I'll be telling you about the evidence for that.
Recent hebben we beseft dat de gewone materie in het universum -- en met gewone materie bedoel ik jou, oké, mij, de planeten, de sterren, de sterrenstelsels -- de gewone materie is maar een paar procent van de inhoud van het universum. Bijna een kwart, of ongeveer een kwart van de materie in het universum, is onzichtbaar. Met onzichtbaar bedoel ik dat het niet absorbeert in het elektromagnetisch spectrum. Het zendt niet uit in het elektromagnetisch spectrum. Het reflecteert niet. Het interageert niet met het elektromagnetisch spectrum, wat we gebruiken om dingen te detecteren. Het interageert helemaal niet. Hoe weten we dan dat het er is? Dat weten we door zijn zwaartekrachteffecten. In feite, deze donkere materie domineert de zwaartekracht in het universum op een grote schaal, en ik zal jullie nog vertellen over het bewijs daarvoor.
What about the rest of the pie? The rest of the pie is a very mysterious substance called dark energy. More about that later, OK. So for now, let's turn to the evidence for dark matter. In these galaxies, especially in a spiral galaxy like this, most of the mass of the stars is concentrated in the middle of the galaxy. This huge mass of all these stars keeps stars in circular orbits in the galaxy. So we have these stars going around in circles like this. As you can imagine, even if you know physics, this should be intuitive, OK -- that stars that are closer to the mass in the middle will be rotating at a higher speed than those that are further out here, OK.
Wat met de rest van de taart? De rest is een heel mysterieuze substantie met de naam donkere energie . Daarover later meer, oké. Laten we nu kijken naar het bewijs voor donkere materie. In deze sterrenstelsels, vooral in een spiraalgalaxie als deze, is het meeste van de massa van de sterren geconcentreerd in het midden van het sterrenstelsel. Deze enorme massa van al deze sterren houdt sterren in circulaire banen in het sterrenstelsel. Dus we hebben sterren die in cirkels rondgaan op deze manier. Zoals jullie je kunnen voorstellen, zelfs als je fysica kent -- dit zou intuïtief moeten zijn -- is dat sterren die dichter bij de massa in het midden met een hogere snelheid zullen draaien dan die verder weg zijn hierbuiten, oké.
So what you would expect is that if you measured the orbital speed of the stars, that they should be slower on the edges than on the inside. In other words, if we measured speed as a function of distance -- this is the only time I'm going to show a graph, OK -- we would expect that it goes down as the distance increases from the center of the galaxy. When those measurements are made, instead what we find is that the speed is basically constant, as a function of distance. If it's constant, that means that the stars out here are feeling the gravitational effects of matter that we do not see. In fact, this galaxy and every other galaxy appears to be embedded in a cloud of this invisible dark matter. And this cloud of matter is much more spherical than the galaxy themselves, and it extends over a much wider range than the galaxy. So we see the galaxy and fixate on that, but it's actually a cloud of dark matter that's dominating the structure and the dynamics of this galaxy.
Dus wat je zou verwachten is dat als je de omloopsnelheid van de sterren zou meten, dat ze trager aan de randen zouden zijn dan aan de binnenkant. In andere woorden, als we snelheid meten in functie van afstand -- dit is de enige keer dat ik een grafiek ga laten zien, ok -- zouden we verwachten dat het naar beneden gaat als de afstand toeneemt van het centrum van het sterrenstelsel. Wanneer die metingen gedaan worden, vinden we integendeel dat de snelheid constant blijft, als functie van de afstand. Als het constant is, betekent dat dat de sterren hierbuiten zwaartekrachteffecten voelen van materie die we niet zien. In feite, dit sterrenstelsel en elk ander sterrenstelsel lijkt ingebed te zijn in een wolk van onzichtbare donkere materie. En deze wolk van materie is veel ronder dan het sterrenstelsel zelf, en het strekt zich over een veel groter gebied uit dan het sterrenstelsel. Dus we zien een sterrenstelsel en fixeren ons daarop, maar het is eigenlijk een wolk van donkere materie die de structuur en de dynamica van dit sterrenstelsel domineert.
Galaxies themselves are not strewn randomly in space; they tend to cluster. And this is an example of a very, actually, famous cluster, the Coma cluster. And there are thousands of galaxies in this cluster. They're the white, fuzzy, elliptical things here. So these galaxy clusters -- we take a snapshot now, we take a snapshot in a decade, it'll look identical. But these galaxies are actually moving at extremely high speeds. They're moving around in this gravitational potential well of this cluster, OK. So all of these galaxies are moving. We can measure the speeds of these galaxies, their orbital velocities, and figure out how much mass is in this cluster.
Sterrenstelsels zelf zijn niet willekeurig verspreid in de ruimte; ze hebben de neiging te clusteren. En dit is een voorbeeld van een, in feite, zeer beroemd cluster: het Coma cluster. En er zijn duizenden sterrenstelsels in dit cluster. Het zijn de witte, wazige, elliptische dingen hier. Dus deze stelselclusters -- we nemen nu een foto, over een decennium weer een foto -- het zal er identiek uitzien. Maar deze sterrenstelsels bewegen eigenlijk met extreem hoge snelheden. Ze bewegen in de potentiaalput van de zwaartekracht van deze cluster, oké. Dus al deze sterrenstelsels bewegen. We kunnen de snelheden van deze sterrenstelsels meten, hun omloopsnelheden, en uitvissen hoe veel massa er in dit cluster zit.
And again, what we find is that there is much more mass there than can be accounted for by the galaxies that we see. Or if we look in other parts of the electromagnetic spectrum, we see that there's a lot of gas in this cluster, as well. But that cannot account for the mass either. In fact, there appears to be about ten times as much mass here in the form of this invisible or dark matter as there is in the ordinary matter, OK. It would be nice if we could see this dark matter a little bit more directly. I'm just putting this big, blue blob on there, OK, to try to remind you that it's there. Can we see it more visually? Yes, we can.
En opnieuw, wat we vinden is dat daar veel meer massa is dan verklaard kan worden door de sterrenstelsels die we zien. Of, als we ernaar kijken in andere delen van het elektromagnetisch spectrum, zien we dat er ook veel gas is in dit cluster. Maar dat kan ook niet verantwoordelijk zijn voor al de massa. In feite lijkt er hier ongeveer tien keer meer massa te zijn in de vorm van deze onzichtbare of donkere materie dan er gewone materie is. Oké. Het zou leuk zijn als we deze donkere materie een beetje directer zouden kunnen zien. Ik zet hier maar een grote blauwe bol op, oké, om jullie eraan te herinneren dat het er is. Kunnen we het iets visueler zien? Ja, dat kunnen we.
And so let me lead you through how we can do this. So here's an observer: it could be an eye; it could be a telescope. And suppose there's a galaxy out here in the universe. How do we see that galaxy? A ray of light leaves the galaxy and travels through the universe for perhaps billions of years before it enters the telescope or your eye. Now, how do we deduce where the galaxy is? Well, we deduce it by the direction that the ray is traveling as it enters our eye, right? We say, the ray of light came this way; the galaxy must be there, OK. Now, suppose I put in the middle a cluster of galaxies -- and don't forget the dark matter, OK. Now, if we consider a different ray of light, one going off like this, we now need to take into account what Einstein predicted when he developed general relativity. And that was that the gravitational field, due to mass, will deflect not only the trajectory of particles, but will deflect light itself.
Dus laat me met jullie doornemen hoe we dit kunnen doen. Dus hier is een waarnemer: het kan een oog zijn; het kan een telescoop zijn. En veronderstel dat er een sterrenstelsel is daarbuiten in het universum. Hoe zien we dat sterrenstelsel? Een lichtstraal verlaat het sterrenstelsel en reist door het universum misschien miljarden jaren lang voor hij de telescoop binnendringt, of je oog. Nu, hoe bepalen we waar het sterrenstelsel is? Nou, we leiden het af uit de richting waarin de straal beweegt wanneer deze ons oog binnenvalt, toch? We zeggen, de lichtstraal kwam van hier; dus het sterrenstelsel moet daar zijn. Oké. Veronderstel dat ik in het midden een cluster van sterrenstelsels zet -- en vergeet de donkere materie niet. Oké. Als we nu een andere lichtstraal bekijken, een die langs hier gaat, moeten we nu in rekening brengen wat Einstein voorspelde toen hij algemene relativiteit ontwikkelde. En dat was dat het gravitatieveld, door de massa, niet alleen de baan van een deeltje afbuigt, maar ook licht zelf.
So this light ray will not continue in a straight line, but would rather bend and could end up going into our eye. Where will this observer see the galaxy? You can respond. Up, right? We extrapolate backwards and say the galaxy is up here. Is there any other ray of light that could make into the observer's eye from that galaxy? Yes, great. I see people going down like this. So a ray of light could go down, be bent up into the observer's eye, and the observer sees a ray of light here.
Dus deze lichtstraal zal niet in een rechte lijn verdergaan, maar zal eerder buigen en zou in ons oog kunnen terechtkomen. Waar zal de waarnemer het sterrenstelsel zien? Jullie kunnen antwoorden. Naar boven, juist? We extrapoleren terug en zeggen dat het sterrenstelsel hierboven is. Is er nog een lichtstraal dat in het oog van de waarnemer kan belanden van dat sterrenstelsel? Ja, goed zo. Ik zie mensen zo naar beneden wijzen. Dus een lichtstraal zou naar beneden kunnen gaan, afgebogen worden omhoog in het oog van de waarnemer, en de waarnemer ziet een lichtstraal hier.
Now, take into account the fact that we live in a three-dimensional universe, OK, a three-dimensional space. Are there any other rays of light that could make it into the eye? Yes! The rays would lie on a -- I'd like to see -- yeah, on a cone. So there's a whole ray of light -- rays of light on a cone -- that will all be bent by that cluster and make it into the observer's eye. If there is a cone of light coming into my eye, what do I see? A circle, a ring. It's called an Einstein ring. Einstein predicted that, OK. Now, it will only be a perfect ring if the source, the deflector and the eyeball, in this case, are all in a perfectly straight line. If they're slightly skewed, we'll see a different image.
Nu, hou er rekening mee dat we in een driedimensionaal universum leven, oké, een driedimensionale ruimte. Zijn er andere lichtstralen die tot in het oog kunnen komen? Ja! De stralen zouden liggen op een -- Ik zou het willen zien -- ja, op een kegel. Er is dus een hele strook van licht -- lichtstralen op een kegel -- dat allemaal af zal buigen door dat cluster en het oog van de waarnemer bereiken. Als er een kegel van licht mijn oog binnenkomt, wat zie ik dan? Een cirkel, een ring. Dat heet een Einsteinring -- Einstein voorspelde het, oké. Nu, het zal enkel een perfecte ring zijn als de bron, de afbuiger, en het oog, in dit geval, allemaal op een perfect rechte lijn staan. Als ze een beetje scheef staan, zullen we een ander beeld zien.
Now, you can do an experiment tonight over the reception, OK, to figure out what that image will look like. Because it turns out that there is a kind of lens that we can devise, that has the right shape to produce this kind of effect. We call this gravitational lensing. And so, this is your instrument, OK. (Laughter). But ignore the top part. It's the base that I want you to concentrate, OK. So, actually, at home, whenever we break a wineglass, I save the bottom, take it over to the machine shop. We shave it off, and I have a little gravitational lens, OK. So it's got the right shape to produce the lensing. And so the next thing you need to do in your experiment is grab a napkin. I grabbed a piece of graph paper -- I'm a physicist. (Laughter) So, a napkin. Draw a little model galaxy in the middle. And now put the lens over the galaxy, and what you'll find is that you'll see a ring, an Einstein ring. Now, move the base off to the side, and the ring will split up into arcs, OK. And you can put it on top of any image. On the graph paper, you can see how all the lines on the graph paper have been distorted. And again, this is a kind of an accurate model of what happens with the gravitational lensing.
Nu, je kan een experiment doen vanavond op de receptie, oké, om te achterhalen hoe dat beeld eruit zal zien. Want het blijkt dat er een soort lens is die we kunnen maken, die de juiste vorm heeft om dit soort effect te produceren. We noemen dit een gravitatielens. En zo, dit is je instrument, oké. (Gelach) Maar negeer het bovenste stuk. Het is de voet waarop ik wil dat jullie je concentreren, oké. Dus eigenlijk, thuis, als we een wijnglas breken, bewaar ik de voet, en neem ik hem naar de werkplaats. We schaven het af, en ik heb een kleine gravitatielens, oké. Dus het heeft de juiste vorm om het lenseffect te produceren. En het volgende ding dat je moet doen in je experiment, is een servet pakken. Ik koos een stuk millimeterpapier, ik ben een fysicus. Dus, een servet. Teken een klein sterrenstelsel in het midden. En leg de lens over het sterrenstelsel, en wat je zal vinden is dat je een ring zal zien, een Einstein ring. Nu, beweeg de voet naar de zijkant, en de ring zal in bogen opsplitsen, ok. En je kan het op eender welk beeld leggen. Op het millimeterpapier kun je zien hoe al de lijnen op het papier vervormd zijn geworden. En nogmaals, dit is een redelijk accuraat model van wat er gebeurt met een gravitatielens.
OK, so the question is: do we see this in the sky? Do we see arcs in the sky when we look at, say, a cluster of galaxies? And the answer is yes. And so, here's an image from the Hubble Space Telescope. Many of the images you are seeing are earlier from the Hubble Space Telescope. Well, first of all, for the golden shape galaxies -- those are the galaxies in the cluster. They're the ones that are embedded in that sea of dark matter that are causing the bending of the light to cause these optical illusions, or mirages, practically, of the background galaxies. So the streaks that you see, all these streaks, are actually distorted images of galaxies that are much further away.
Oké, dus de vraag is: zien we dit aan de hemel? Zien we bogen in de lucht wanneer we naar een cluster van sterrenstelsels kijken? En het antwoord is: ja. En dus, hier is een beeld van de Hubble ruimtetelescoop. Veel van de beelden die je ziet van eerder zijn van de Hubble ruimtetelescoop. Wel, eerst, die gouden sterrenstelsels -- dat zijn de sterrenstelsels in het cluster. Dat zijn degenen die ingebed zijn in die zee van donkere materie die het afbuigen van het licht veroorzaakt dat deze optische illusies veroorzaakt, of fata morgana's, eigenlijk, van de sterrenstelsels op de achtergrond. Dus de strepen die je ziet, al deze strepen, zijn eigenlijk vervormde beelden van sterrenstelsels die veel verder weg zijn.
So what we can do, then, is based on how much distortion we see in those images, we can calculate how much mass there must be in this cluster. And it's an enormous amount of mass. And also, you can tell by eye, by looking at this, that these arcs are not centered on individual galaxies. They are centered on some more spread out structure, and that is the dark matter in which the cluster is embedded, OK. So this is the closest you can get to kind of seeing at least the effects of the dark matter with your naked eye.
Dus wat we dan kunnen doen, gebaseerd op hoeveel vervorming we in die beelden zien, we kunnen berekenen hoeveel massa er in dit cluster moet zijn. En het is een enorme hoeveelheid massa. En ook, dat zie je op zicht, door hiernaar te kijken, dat deze bogen niet gecentreerd zijn op individuele sterrenstelsels; ze zijn gecentreerd op een meer uitgespreide structuur. En dat is de donkere materie waar deze cluster in is ingebed, oké. Dus dit is het dichtste dat je kan komen tot ten minste de effecten zien van de donkere materie met het blote oog.
OK, so, a quick review then, to see that you're following. So the evidence that we have that a quarter of the universe is dark matter -- this gravitationally attracting stuff -- is that galaxies, the speed with which stars orbiting galaxies is much too large; it must be embedded in dark matter. The speed with which galaxies within clusters are orbiting is much too large; it must be embedded in dark matter. And we see these gravitational lensing effects, these distortions that say that, again, clusters are embedded in dark matter.
Oké, dus, een kleine herhaling, om te zien dat jullie nog volgen. Dus het bewijs dat we hebben dat een kwart van het universum donkere materie is -- dit gravitationeel aantrekkend spul -- is dat sterrenstelsels, de snelheden waarmee sterren rond sterrenstelsels draaien veel te groot zijn; het moet ingebed zijn in donkere materie. De snelheid waarmee sterrenstelsels in clusters rondgaan is veel te groot; het moet ingebed zijn in donkere materie. En we zien deze gravitatielens-effecten, deze vervormingen die zeggen dat, alweer, clusters ingebed zijn in donkere materie.
OK. So now, let's turn to dark energy. So to understand the evidence for dark energy, we need to discuss something that Stephen Hawking referred to in the previous session. And that is the fact that space itself is expanding. So if we imagine a section of our infinite universe -- and so I've put down four spiral galaxies, OK -- and imagine that you put down a set of tape measures, so every line on here corresponds to a tape measure, horizontal or vertical, for measuring where things are. If you could do this, what you would find that with each passing day, each passing year, each passing billions of years, OK, the distance between galaxies is getting greater. And it's not because galaxies are moving away from each other through space. They're not necessarily moving through space. They're moving away from each other because space itself is getting bigger, OK. That's what the expansion of the universe or space means. So they're moving further apart.
Oké. Dus nu, laten we kijken naar donkere energie. Om het bewijs te begrijpen voor donkere energie, moeten we nog iets overleggen waar Stephen Hawking naar refereerde in de vorige sessie. En dat is het feit dat de ruimte zelf aan het uitdijen is. Dus als we een stuk inbeelden van ons oneindig universum, oké, ik heb hier vier spiraalsterrenstelsels neergezet, oké. Beeld je in dat je een reeks meetlinten neerzet, zodat elke lijn hier overeenkomt met een meetlint -- horizontaal of verticaal -- om te meten waar dingen zijn. Als je dat kon doen, dan zou je vinden dat met elke voorbijgaande dag, elk voorbijgaand jaar, elke miljard jaren die voorbijgaan, oké, dat de afstand tussen de sterrenstelsels groter wordt. En het is niet omdat sterrenstelsels van elkaar weg bewegen door de ruimte; ze bewegen niet per se door de ruimte. Ze bewegen van elkaar weg omdat de ruimte zelf groter wordt, oké. Dat is wat de uitdijing van het heelal of de ruimte betekent. Dus ze bewegen van elkaar weg.
Now, what Stephen Hawking mentioned, as well, is that after the Big Bang, space expanded at a very rapid rate. But because gravitationally attracting matter is embedded in this space, it tends to slow down the expansion of the space, OK. So the expansion slows down with time. So, in the last century, OK, people debated about whether this expansion of space would continue forever; whether it would slow down, you know, will be slowing down, but continue forever; slow down and stop, asymptotically stop; or slow down, stop, and then reverse, so it starts to contract again. So a little over a decade ago, two groups of physicists and astronomers set out to measure the rate at which the expansion of space was slowing down, OK. By how much less is it expanding today, compared to, say, a couple of billion years ago?
Nu, wat Stephen Hawking ook heeft vermeld, is dat na de Big Bang, de ruimte heel snel uitdijde. Maar omdat gravitationeel aantrekkende materie ingebed zit in deze ruimte, heeft het de neiging de uitdijing van de ruimte te vertragen, oké. Dus de uitdijing vertraagt met de tijd. Dus, in de vorige eeuw, oké, debatteerden mensen of deze uitdijing van de ruimte voor altijd zou voortgaan, of het zou vertragen, je weet wel. Het zou vertragen, maar altijd blijven doorgaan, vertragen en stoppen, asymptotisch stoppen, of vertragen, stoppen, en dan omkeren, zodat het terug samenkrimpt. Dus een beetje meer dan een decennium geleden, hebben groepen fysici en astronomen de snelheid gemeten waarmee de uitdijing van het heelal vertraagde, oké. Met hoe veel minder het vandaag uitdijt, vergeleken met, zeg, een paar miljard jaar geleden?
The startling answer to this question, OK, from these experiments, was that space is expanding at a faster rate today than it was a few billion years ago, OK. So the expansion of space is actually speeding up. This was a completely surprising result. There is no persuasive theoretical argument for why this should happen, OK. No one was predicting ahead of time this is what's going to be found. It was the opposite of what was expected. So we need something to be able to explain that. Now it turns out, in the mathematics, you can put it in as a term that's an energy, but it's a completely different type of energy from anything we've ever seen before. We call it dark energy, and it has this effect of causing space to expand. But we don't have a good motivation for putting it in there at this point, OK. So it's really unexplained as to why we need to put it in.
Het verbijsterende antwoord op deze vraag, oké, van deze experimenten, was dat de ruimte vandaag sneller uitdijt, dan het een paar miljard jaar geleden deed, oké. Dus de uitdijing van de ruimte versnelt eigenlijk. Dit was een volledig verrassend resultaat. Er is geen overtuigend theoretisch argument voor waarom dit zou gebeuren, oké. Niemand voorspelde dat dit is wat ze zouden vinden. Het was het tegenovergestelde van wat verwacht was. Dus we hebben iets nodig om dat te verklaren. Nu, het blijkt, dat in de wiskunde, je een term kan toevoegen die een energie is. Maar het is een volledig andere soort energie dan alles dat we ooit eerder hebben gezien. We noemen het donkere energie, en het heeft dit effect dat het de ruimte doet uitdijen. Maar we hebben geen goede motivatie om dat toe te voegen op dit moment, oké. Dus het is echt onverklaard waarom we het toe moeten voegen.
Now, so at this point, then, what I want to really emphasize to you, is that, first of all, dark matter and dark energy are completely different things, OK. There are really two mysteries out there as to what makes up most of the universe, and they have very different effects. Dark matter, because it gravitationally attracts, it tends to encourage the growth of structure, OK. So clusters of galaxies will tend to form, because of all this gravitational attraction. Dark energy, on the other hand, is putting more and more space between the galaxies, makes it, the gravitational attraction between them decrease, and so it impedes the growth of structure. So by looking at things like clusters of galaxies, and how they -- their number density, how many there are as a function of time -- we can learn about how dark matter and dark energy compete against each other in structure forming.
Nu, dus op dit punt, wat ik echt wil benadrukken, is dat eerst en vooral, donkere materie en donkere energie volledig verschillende dingen zijn, oké. Er zijn eigenlijk twee mysteries over waaruit het universum voornamelijk bestaat, en ze hebben heel erg verschillende effecten. Donkere materie, omdat het gravitationeel aantrekt, neigt het de groei van structuur aan te moedigen, oké. Dus clusters van sterrenstelsels willen zich vormen, door al deze gravitationele aantrekking. Donkere energie, aan de andere kant, steekt meer en meer ruimte tussen de sterrenstelsels. Doet het -- de gravitationele aantrekking tussen ze -- afnemen, en zo hindert het de groei van structuur. Dus door naar dingen te kijken zoals clusters van sterrenstelsels, en hoe ze -- hun aantallen, hoe veel er zijn in functie van de tijd -- kunnen we veel leren over hoe donkere materie en donkere energie het tegen elkaar opnemen in structuurvorming.
In terms of dark matter, I said that we don't have any, you know, really persuasive argument for dark energy. Do we have anything for dark matter? And the answer is yes. We have well-motivated candidates for the dark matter. Now, what do I mean by well motivated? I mean that we have mathematically consistent theories that were actually introduced to explain a completely different phenomenon, OK, things that I haven't even talked about, that each predict the existence of a very weakly interacting, new particle.
In termen van donkere materie, ik heb gezegd dat we geen enkel, je weet wel, echt overtuigend argument voor donkere energie hebben. Dus hebben we iets voor donkere materie? En het antwoord is: ja. We hebben goed gemotiveerde kandidaten voor de donkere materie. Nu, wat bedoel ik met goed gemotiveerd? Ik bedoel dat we wiskundig consistente theorieën hebben die eigenlijk geïntroduceerd zijn om volledig andere fenomenen te verklaren, oké, dingen waar ik niet eens over gepraat heb, die elk het bestaan voorspellen van een heel erg zwak interagerend nieuw deeltje.
So, this is exactly what you want in physics: where a prediction comes out of a mathematically consistent theory that was actually developed for something else. But we don't know if either of those are actually the dark matter candidate, OK. One or both, who knows? Or it could be something completely different. Now, we look for these dark matter particles because, after all, they are here in the room, OK, and they didn't come in the door. They just pass through anything. They can come through the building, through the Earth -- they're so non-interacting.
Dus, dit is precies wat je wil in de fysica: wanneer een voorspelling voortkomt uit een wiskundig consistente theorie die eigenlijk ontwikkeld was voor iets anders. Maar we weten niet of een van die eigenlijk donkere materie kandidaten zijn, ok. Een of allebei, wie weet het? Of het zou iets helemaal anders kunnen zijn. Nu, we zoeken naar deze donkere materie deeltjes want uiteindelijk, ze zijn hier in deze kamer, oké, en ze zijn niet door de deur binnengekomen. Ze passeren gewoon door alles. Ze kunnen door het gebouw komen, door de Aarde; zo niet-interagerend zijn ze.
So one way to look for them is to build detectors that are extremely sensitive to a dark matter particle coming through and bumping it. So a crystal that will ring if that happens. So one of my colleagues up the road and his collaborators have built such a detector. And they've put it deep down in an iron mine in Minnesota, OK, deep under the ground, and in fact, in the last couple of days announced the most sensitive results so far. They haven't seen anything, OK, but it puts limits on what the mass and the interaction strength of these dark matter particles are. There's going to be a satellite telescope launched later this year and it will look towards the middle of the galaxy, to see if we can see dark matter particles annihilating and producing gamma rays that could be detected with this. The Large Hadron Collider, a particle physics accelerator, that we'll be turning on later this year. It is possible that dark matter particles might be produced at the Large Hadron Collider.
Dus een manier om naar ze te zoeken is om detectoren te bouwen die extreem gevoelig zijn voor een deeltje donkere materie wat erdoor komt en ertegen stoot. Zodat een kristal zal rinkelen als dat gebeurt. Dus een van mijn collega's verderop en zijn medewerkers hebben zo'n detector gebouwd. En ze hebben het diep weggestoken in een ijzermijn in Minnesota, Oké? -- diep onder de grond -- en in feite, in de laatste paar dagen hebben ze de meest gevoelige resultaten tot nu toe aangekondigd. Ze hebben niets gezien, oké, maar het zet een limiet op wat de massa en de interactiekracht is van deze donkere materie deeltjes. Er wordt een satelliettelescoop gelanceerd later dit jaar. En deze zal naar het middelpunt van de Melkweg kijken of we de vernietiging van donkere materie deeltjes kunnen zien waarbij gammastralen ontstaan die hiermee gedetecteerd kunnen worden. De Large Hadron Collider, een versneller voor deeltjesfysica, die later dit jaar aangezet zal worden. Het is mogelijk dat donkere materie deeltjes geproduceerd worden met de Large Hadron Collider.
Now, because they are so non-interactive, they will actually escape the detector, so their signature will be missing energy, OK. Now, unfortunately, there is a lot of new physics whose signature could be missing energy, so it will be hard to tell the difference. And finally, for future endeavors, there are telescopes being designed specifically to address the questions of dark matter and dark energy -- ground-based telescopes, and there are three space-based telescopes that are in competition right now to be launched to investigate dark matter and dark energy. So in terms of the big questions: what is dark matter? What is dark energy? The big questions facing physics. And I'm sure you have lots of questions, which I very much look forward to addressing over the next 72 hours, while I'm here. Thank you. (Applause)
Nu, omdat ze zo niet-interagerend zijn, zullen ze eigenlijk aan de detector ontsnappen, dus hun handtekening zal ontbrekende energie zijn, oké. Jammer genoeg is er veel nieuwe fysica die als handtekening ontbrekende energie zou kunnen hebben, dus het zal moeilijk zijn om het verschil te zien. En ten laatste, voor toekomstige inspanningen, worden er telescopen ontwikkeld specifiek om de vragen van donkere materie en donkere energie te adresseren: telescopen op de grond. En er zijn drie ruimtetelescopen die nu in competitie zijn voor een lancering voor onderzoek naar donkere materie en energie. Dus in termen van de grote vragen: Wat is donkere materie? Wat is donkere energie? De grote vragen in de fysica. En ik ben er zeker van dat jullie veel vragen hebben. Ik kijk er erg naar uit om die vragen te adresseren in de komende 72 uur terwijl ik hier ben, oké. Dank u. (Applaus)