Wetenschappelijke uitdagingen

Wetenschappelijke uitdagingen

Mede geïnspireerd door de baanbrekende detectie van zwaartekrachtsgolven op aarde in september 2015 (bekendgemaakt in februari 2016) leeft sterk het gevoel dat we op de drempel staan van een nieuwe kijk op het heelal. Aan de kant van de instrumentatie wordt het spectrum momenteel afgedekt door lasersystemen op aarde zoals Virgo en LIGO, en Pulsar Timing Arrays met radiotelescopen zoals LOFAR. De volgende stappen zijn: de ET voor hoge frequenties, het ruimte-laser systeem LISA voor de mid-frequenties, en pulsar timing arrays met de SKA (Square Kilometre Array) voor de lage frequenties. Welke instrumentatie is nodig om zwaartekrachtsgolven en de electromagnetische tegenhangers in de toekomst te detecteren? Welke links met industrie kunnen uitgebreid worden, welke fundamentele R&D moet er worden verricht? Hoe versterken de detecties, de bronnen en de technieken voor de high-frequency, mid-frequency en low-frequency detectoren elkaar? Aan de theoretische kant: is zwaartekracht een emergent gevolg van quantum-verstrengelde microscopische vrijheidsgraden, of zijn ruimte en tijd emergente eigenschappen van een quantumtheorie van de zwaartekracht? Bieden zulke scenario’s een alternatieve verklaring voor donkere materie en donkere energie? Kunnen ze worden getoetst in het regime van extreme zwaartekracht, zoals in de recent ontdekte bronnen van zwaartekrachtsgolven?

De boven en in detail ook onder genoemde programmaonderdelen gaan deze uitdagingen aan.

Bestaande initiatieven in Nederland (i.e. universitaire onderzoeksgroepen, NOVA , en de NWO-instituten ASTRON, SRON, en Nikhef) bieden aan de ene kant een kiem om deze uitdagingen aan te gaan, maar zijn momenteel versnipperd en onsamenhangend. Een belangrijke uitdaging van het huidige programma is daarom om de relevante wetenschappers in Nederland bij elkaar te brengen en op die manier een hechte gemeenschap te bouwen voor de volgende generatie instrumenten, voor nieuwe theorievorming, en in het bijzonder voor samenwerking tussen experimentele en theoretische aspecten van dit onderzoek. Deze nieuwe samenwerkingen, die in vrijwel alle onderdelen van dit programma zichtbaar zijn, geven een belangrijke impuls aan het bestaande kennis- en innovatiesysteem in Nederland.

In het voetspoor van Newton en Einstein is het beter begrijpen van zwaartekracht een van de grootste uitdagingen voor de fundamentele wetenschap in de 21ste eeuw.