Quattro diversi modi di interagire e due tipi di entita' che interagiscono sono il tessuto dell'Universo. I due tipi di entita' sono le particelle chiamate quark e leptoni che formano insieme la materia di tipo fermionico. Caratteristica fondamentale della materia fermionica( fermioni) e' che ogni particella occupa un posto ben preciso nello spazio e non puo' sovrapporsi ad altre particelle dello stesso tipo.E' cio' che fa la materia solida.

I fermioni possono interagire secondo una o piu' delle quattro modalita' fondamentali(forze) . Si dice allora che hanno la carica relativa a quella forza. Questa interazione avviene attraverso lo scambio di un tipo di materia diverso detto materia bosonica.

Cioe' ad ogni forza sono associati una o piu' particelle di materia bosonica o bosoni. Un bosone puo' occupare lo spazio di un altro bosone per cui la materia bosonica puo' accumularsi nello stesso punto. Materia bosonica per eccellenza e' la luce collegata alla forza elettromagnetica e l'accumularsi prima descritto puo' essere visto nel laser che accumula in un punto un numero enorme di fotoni(come vengono chiamati i bosoni della forza elettromagnetica).

Le altre 3 forze sono la forza gravitazionale e le forze nucleari debole e forte. Le caratteristiche di ogni forza o modo di interagire, dipendono da quanto lontano un fermione puo' inviare la materia bosonica che gli permette di comunicare con altri fermioni (il range della forza) e dalla frequenza con cui cio' avviene (l'intensita' della forza). Talvolta altissime intensita' si collegano a piccolissimi range per cui la forza pur essendo "forte" non si risente al difuori di zone limitatissime dello spazio: e' il caso della forza nucleare forte limitata ai 10^-15 m del nucleo.Viceversa forze debolissime a causa del loro grande range e del fatto che gli effetti di numerosissime cariche si sommano, creano in un punto forze altissime:e' il caso della forza gravitazionale.

La forza gravitazionale e' 40 ordini di grandezza piu' debole della forza forte ma ha range infinito e il sommarsi degli effetti di tutta la Terra ce la fa sentire come una forza reale. Essa puo' in alcuni casi superare (accumulandosi se c'e' abbastanza massa) la forza forte creando il buco nero :lo stato piu' denso della materia.

La materia ordinaria e' formata da atomi dove il nucleo e gli elettroni sono tenuti insieme dalla forza elettromagnetica. Quando questa forza di legame dell'atomo viene superata da pressioni o urti enormi che costringono i fermioni ad avvicinarsi entro il range della forza nucleare forte, allora questa prende il sopravvento creando le stelle di neutroni a livello macroscopico e i nuclei a livello microscopico. Infine col sopravvento della forza gravitazionale (se la massa e' abbastanza grande) si ha il buco nero.

Alcune osservazioni (galassie che si allontanano, radiazione cosmica di fondo) stanno a indicare che l'Universo che conosciamo e' nato dal fenomeno inverso del formarsi di un buco nero: cioe' invece dell'implosione in un punto, l'esplosione e il raffreddamento a partire da un nucleo primordiale di materia in uno stato simile a un buco nero. E' il Big Bang.

Per quanto la materia(i fermioni) e la radiazione(i bosoni) possano sembrare molto diversi, esiste uno stretto collegamento tra di loro che puo' essere visto in questa serie di due immagini.Un fermione interagisce con un'altro fermione irradiando fotoni. Ma un bosone puo' a sua volta irradiare fermioni : basta che li crei a coppie:un fermione piu' un'altra particella di materia fermionica uguale in tutto e per tutto all'altra eccetto che per la carica elettrica (viene detto per questo antifermione).

In effetti l'antifermione e' tale che puo annullarsi (annichilarsi) con un fermione ricreando il bosone originale. Questa e' una proprieta' generale della radiazione: ogni bosone puo' convertirsi in una coppia caratteristica fermione-antifermione. Qui vediamo che esiste,con l'introduzione degli antifermioni (che formano l'antimateria) una simmetria tra materia e radiazione. I fermioni di materia possono generare bosoni di radiazione che possono generare fermioni+ antifermioni.

Infatti nella figura possiamo vedere un elettrone che si annichila con la sua antiparticella il positrone producendo un bosone . Questo bosone potrebbe essere o un gamma (normale fotone di alta energia) oppure una particella Z ,ovvero il portatore della forza nucleare debole che puo' essere considerato come una specie di fotone di luce pesante.Questo a sua volta produce una coppia quark antiquark. Ma perche' i quark non se ne vanno liberi per conto loro?

Questo dipende da un'altra caratteristica della radiazione che l'avvicina alla materia: talvolta i bosoni della radiazione hanno anch'essi una carica risentendo della forza di cui sono portatori. L'effetto e' che a loro volta irradiano creando altri bosoni che a loro volta... etc...etc. E' quello che succede per i gluoni i portatori della forza forte e l'effetto complessivo di tale carica sembra che spieghi perche' i quark sono costretti a restare confinati a 3 a 3 all'interno di un barione o a 2 a 2 (quark+antiquark) all'interno di un mesone.

Infatti nella figura si vede come i due quark generati dal bosone per manifestarsi sono costretti a irradiare un'altra coppia quark-antiquark fino a ottenere coi quattro quark 2 mesoni che possono finalmente essere rivelati.

In effetti la materia ordinaria e' fatta dai barioni protone e neutrone e dal leptone elettrone assemblati insieme a formare il nucleo dove neutroni e protoni sono tenuti insieme dalla forza forte che supera quella elettromagnetica(che tenderebbe ad allontanare i protoni) e l'atomo dove elettrone e nucleo interagiscono in maniera elettromagnetica. La radiazione ordinaria e' formata dalla luce (bosoni della forza elettromagnetica) e dai gravitoni (non ancora rivelati).

Inoltre esistono un numero enorme di neutrini liberi che sono leptoni creati dalla trasformazione del bosone della forza nucleare debole in coppia fermione-antifermione nei decadimenti radioattivi. Molti dei neutrini sono in effetti antineutrini ed e' questo l'unico tipo di antimateria esistente in abbondanza nell'universo.Questo e' dovuto al fatto che il neutrino ha solo modo di interagire con una sola forza (quella debole) e percio' vive un tempo lunghissimo.

Il fatto che l'universo sia composto per quel che si sa, solo di materia fermionica e radiazione senza antimateria, sembra che sia un accidente legato al fatto di essere nato da un'unico pezzo di materia+antimateria dove l'antimateria iniziale si e' annullata con la materia creando radiazione a parte una piccola fluttuazione che spiega la preponderanza attuale di materia.

Pesando L'Universo (si puo' fare) e' possibile stabilire che se il neutrino non ha una massa (come sembra probabile) la massa di elettroni,protoni e neutroni dell'Universo visibile non e' sufficiente a dar conto di cio' che si misura. Si pensa che questa massa invisibile (se esiste) possa essere dovuta a qualche altro componente dell'Universo non ancora scoperto. Inoltre e' possibile che oltre agli stati citati esistano altri stati di aggregazione delle particelle fondamentali come la zuppa di quark e gluoni.Altre straordinarie particelle come i monopoli e strutture come le stringhe cosmiche possono esserci rimasti dalla Grande Esplosione iniziale.

E' su questo che indagano gli accelleratori ricreando tali particelle e stati e gli osservatori sotterranei studiando le particelle che ci arrivano dallo spazio (raggi cosmici). Invece i normali osservatori, come telescopi e radiotelescopi, cercano di stabilire la struttura su larga scala dell'Universo che puo' essere un ulteriore indizio sul meccanismo della Grande Esplosione.

Infatti questa deve aver coinvolto dei cambiamenti di stato (come il vapore che si condensa in acqua e quindi congela) . La grande isotropia presente sembra spiegarsi con un cambiamento di stato iniziale velocissimo che ha trasferito su larga scala l'isotropia su piccola scala presente nell'Universo iniziale di dimensioni ridotte(e' il cosiddetto Universo Inflazionario). Ma la scoperta di strutture al livello di supercluster di galassie indicherebbe modalita' diverse di accrescimento.