De uitdaging waar we voor staan heeft de natuurwetenschap altijd al gefascineerd: het begrijpen van de wereld waarin we leven, de fysische wereld die ons heeft voortgebracht. Zowel op het kleinste niveau – dat van de fysica van de elementaire deeltjes – als op het grootste – dat van de fysische kosmologie – bestaat er een ‘standaardmodel’, een theoretisch kader dat de structuur van de materie enerzijds en de kosmos anderzijds merkwaardig accuraat kan verklaren. Maar beide modellen roepen nieuwe vragen op. Bovendien zijn de modellen wiskundig niet compatibel, wat problematisch is als we bijvoorbeeld de oerknal willen bestuderen, het moment waarop het oneindig grote ook oneindig klein was.
Vandaag richten onderzoekers zich in het bijzonder op de vereniging van de algemene relativiteitstheorie en de kwantumfysica. Dat houdt in dat ze de zwaartekracht willen incorporeren in het standaardmodel voor elementaire deeltjes. Daarnaast buigen ze zich over donkere materie (materie in het heelal die niet zichtbaar is) en donkere energie (de energie die ervoor zou zorgen dat het universum met een toenemende snelheid uitbreidt).
De aanpak van deze uitdaging is enerzijds theoretisch en anderzijds experimenteel. Hij is ook globaal: de problematieken zijn universeel en geven aanleiding tot intense internationale samenwerking.
Het theoretisch fysisch onderzoek in Vlaanderen steunt op een brede en diepe expertise, en is ingebed in performante internationale netwerken. Om experimenteel en observationeel onderzoek te voeren, hebben de Vlaamse onderzoeksteams toegang tot de beste onderzoeksfaciliteiten. Denk maar aan het CERN, de Europese onderzoeksorganisatie die met deeltjesversnellers onderzoek doet naar elementaire deeltjes. Of aan de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO), die zich bezighoudt met astronomie. Ook op het vlak van ruimtevaart zijn Vlaamse onderzoeksteams, via de Europese Ruimtevaartorganisatie ESA, betrokken bij tal van fundamentele onderzoeksprojecten.
De komende tien jaar is er substantiële vooruitgang mogelijk dankzij de geplande versterking van de onderzoeksinstrumenten. Zo zal het CERN het energiebereik van de Large Hadron Collider verhogen, de grootste en krachtigste deeltjesversneller ter wereld. Dat zal hopelijk aanleiding geven tot duidelijke aanwijzingen voor een nieuwe fysica voorbij het standaardmodel voor elementaire deeltjes dat vandaag gehanteerd wordt. Bij de ESO wordt tegen 2024 de European Large Telescope gebouwd, die in staat moet zijn om signalen van de verste en dus oudste, misschien zelfs de eerste, objecten te analyseren, en die de planeten rond nabije sterren in kaart kan brengen.
Er is vandaag ook een revolutie aan de gang rond multi-messenger sterrenkunde. Om een beeld te krijgen van hoe ons universum werkt, gebruiken we informatie uit de elektromagnetische golven (licht) die de sterren uitsturen. Licht is dus een ‘messenger’ van informatie. Om onze kennis van het universum te vergroten, maken we sinds kort ook gebruik van andere messengers, zoals neutrino’s – heel lichte ongeladen deeltjes materie – en zwaartekrachtgolven – rimpels in de ruimtetijd, die ontstaan bij kosmische gebeurtenissen zoals samensmeltende zwarte gaten of twee zware hemellichamen die op korte afstand om elkaar heen draaien. Bijzonder beloftevol in dat opzicht zijn de plannen voor de Einstein-telescoop, die zwaartekrachtgolven kan detecteren. Als de Einstein-telescoop werkelijkheid wordt, is er misschien een belangrijke rol weggelegd voor Vlaamse onderzoekers. Vlaamse onderzoeksteams zijn verder betrokken bij het IceCube observatorium op de Zuidpool, een constructie die neutrino’s uit de ruimte detecteert.