Materiens sammansättning finns och är hierarkin av på varandra följande nivåer från mikroskopisk till makroskopisk skala. Den är nära kopplad till sekvensen av de evolutionära epoker som vårt universum har genomgått. Vårt universum (där allt vi känner till finns) kom till som Big Bang och expanderade explosivt samtidigt som det gradvis svalnade från ett initialt tillstånd av extrem energitäthet och temperaturer. En sekvens av metamorfoser förde den till dess nuvarande tillstånd och kommer att fortsätta förändra vårt universum i framtiden (där den accelererande expansionen är en del som troligen en gång resulterar i ett svart universum då avstånden mellan galaxerna blivit stort).
I universums allra första tid bildades elementarpartiklar från strålningsfält. Ur en uråldrig soppa bestående av kvarkar, gluoner, fotoner och leptoner uppstod byggstenarna till atomkärnorna i form av neutroner och protoner bråkdelar av en sekund efter Big Bang. Inom de första tre minuterna bildades de lättaste atomkärnorna. Neutrala atomer uppstod först 300 000 år senare. De samlades till enorma gasmoln, från vilka de första stjärnorna uppstod efter ungefär en miljard år. Atomkärnor smälte samman inne i stjärnorna för att bilda de kemiska grundämnena fram till järn. De tyngsta elementen skapades i våldsamma stjärnexplosioner. Dessa processer pågår än idag 15 miljarder år efter big bang – och kommer att fortsätta in i framtiden.
Den kosmiska utvecklingen bestäms av fysikens lagar och av naturens grundläggande symmetrier (av det slag vi förstår i dag men kan upptäcka mer av i framtiden). Vår strävan efter att förstå universums ursprung och utveckling, och därmed vår egen existens, är en av de grundläggande drivkrafterna för vetenskaplig forskning och även för projektet FAIR. Det internationella acceleratorcentret FAIR, ett av världens största forskningsprojekt som byggs nu i Darmstadt, Tyskland. Med FAIR kommer materia att skapas och forskas fram i laboratoriet på ett sätt som annars bara förekommer i universum. Forskare från hela världen förväntar sig nya insikter om materiens struktur och universums utveckling, från Big Bang till idag.
Även om vi känner till den ungefärliga händelseförloppet i BigBangs agenda finns det fortfarande många obesvarade grundläggande frågor om detaljerna.
Ungefär en miljondels sekund efter Big Bang existerade all materia som en ofattbart het tät ursoppa bestående av kvarkar, gluoner och andra elementarpartiklar. Precis som elektroner i ett plasma kunde kvarkar röra sig kvasifritt i detta kvark-gluonplasma. Forskare tror att liknande former av materia i dag kan finnas i neutronstjärnors inre.
Det var inte förrän en miljard år efter Big Bang som de första komplexa atomkärnorna och därmed de kemiska grundämnena bildades i stjärnornas kärnor och i stjärnexplosioner. Innan detta fanns endast väte och de lättare grundämnena, upp till litium.
De måttliga temperatur- och tryckförhållandena på jorden var gynnsamma för livets början. Den stora majoriteten av materian i universum utsätts för extremt höga tryck och temperaturer. Exempelvis i jordens kärna, eller i centrum av större planeter och solen.
Astronomisk forskning har visat att universum i dag bara innehåller materia och att ingen antimateria existerar. Forskarnas kvalitativa förklaring till detta är att fysikaliska lagar bryter mot vissa grundläggande symmetrier. Dock är fall av detta symmetribrott som hittats i experiment inte tillräckliga för att kvantitativt förstå hur materia klarade sig i universum till motsatts till antimateria eller ingen materia alls..
Vi vet från galaxernas rörelse att det måste finnas ungefär 20 gånger mer massa i universum än vi kan observera direkt. Det har föreslagits att denna så kallade mörka materia möjligen inkluderar nya typer av partiklar bundna av den starka växelverkan (den starka kärnkraften), vars existens vi ännu inte kunnat bevisa i experiment.
