XXXIII Escuela de Invierno ‘Winter School of Astrophysics’ 2022

Las observaciones astrofísicas y cosmológicas implican que sólo el 5% de la energía del universo está formada por materia convencional. El 95% restante es el universo oscuro, compuesto por algún tipo desconocido de materia que no tiene interacciones directas (o son extremadamente débiles) con la luz y el resto de las partículas del modelo estándar (materia oscura), y por una desconcertante forma de energía que exhibe presión negativa, acelerando la expansión del universo (energía oscura). Este enigma fundamental del actual paradigma cosmológico se ve agravado por otros misterios relativos al mecanismo y la escala energética de la inflación cósmica y al origen de la asimetría materia-antimateria en el universo. En las próximas décadas, los nuevos estudios cosmológicos cartografiarán con una sensibilidad sin precedentes la estructura óptica e infrarroja a gran escala del universo evolucionado, mientras que otros utilizarán las ondas de radio para acceder a épocas cosmológicas inexploradas. Al mismo tiempo, los próximos observatorios de ondas gravitacionales abrirán una ventana observacional totalmente nueva e independiente a la física del universo, que se complementará con la aportación sin precedentes de los observatorios cósmicos, de neutrinos y de rayos gamma. Por último, también se está realizando un enorme esfuerzo en la búsqueda de nueva física en los laboratorios terrestres, con una miríada de experimentos en curso y previstos que abren nuevos caminos en las fronteras de la alta precisión y la energía. El avance de estas cuestiones es el foco de un esfuerzo multidisciplinar en las fronteras de la astrofísica, la cosmología y la física de partículas que está preparando el terreno para futuros avances científicos. El objetivo de la Escuela de Invierno es, por lo tanto, ofrecer un retrato actualizado de esta época dorada de la Física de las Astropartículas y la Cosmología, impartido por investigadores de renombre mundial y que abarca las áreas de actividad más prometedoras.

Astrophysical and cosmological observations imply that only 5% of the energy of the universe is made of conventional matter. The remaining 95% is the dark universe, composed by some unknown type of matter which has no (or extremely weak) direct interactions with light and the rest of the particles of the standard model (dark matter), and by a puzzling form of energy that exhibits negative pressure, accelerating the universe's expansion (dark energy). This fundamental conundrum of the current cosmological paradigm is exacerbated by other mysteries regarding the mechanism and energy scale of cosmic inflation and the origin of the matter-antimatter asymmetry in the universe. In the next decades, new cosmological surveys will map with unprecedented sensitivity the optical and infra-red large scale structure in the evolved universe, while others will use radio waves to access unexplored cosmological epochs. At the same time, upcoming gravitational wave observatories will open a brand new, independent observational window to the physics of the universe, which will be complemented by the unprecedented input from cosmic, neutrino-, and gamma-ray observatories. Finally, a huge effort is also being made in searching for new physics in ground laboratories, with a myriad of ongoing and planned experiments breaking new ground in the high-precision and energy frontiers. Advancing these questions is the focus of a multidisciplinary effort at the frontiers of astrophysics, cosmology and particle physics that is setting the scene for future scientific breakthroughs. The aim of the Winter School is, therefore, to provide an up-to-date portrait of this this golden era of Astroparticle Physics and Cosmology, given by world-renowned researchers and covering the most promising areas of activity.