- Wie hat das Universum begonnen ? speziell, was ist die physikalische Ursache der kosmischen Inflation, jener extrem schnellen Ausdehnung zu Beginn des Universums?
- Was ist das Wesen der dunklen Energie, die mit ihrer abstoßenden Gravitationswirkung dafür verantwortlich ist, dass sich das Weltall immer schneller ausdehnt, je größer es wird?
- Was ist die dunkle Materie – jene unsichtbare Materieform, deren Anziehungskraft zur Bildung der Galaxien und großräumiger Strukturen beigetragen hat?
- Lässt sich Einsteins Gravitationstheorie mit Quanteneffekten vereinbaren?
- Welche Massen tragen die Neutrinos und wie haben diese die Entwicklung des Alls beeinflusst?
- Wie funktionieren kosmische Beschleuniger, die für hochenergetische Teilchen aus dem All verantwortlich sind?
- Sind Protonen instabil ? so dass sich das Ungleichgewicht von Materie und Antimaterie erklären ließe?
- Gibt es bei hohen Dichten und Temperaturen neue Materiezustände wie Quark-Gluonen Plasmen?
- Gibt es weitere Raum-Zeit-Dimensionen?
- Wie entstanden die schwereren Elemente vom Eisen bis zum Uran?
- Ist eine neue Theorie der Materie und des Lichts bei hohen Energien erforderlich?
Antworten könne man möglicherweise bereits in den nächsten Jahrzehnten durch astronomische Beobachtungen und physikalische Experimente im Laboratorium finden. Der Bericht nennt eine Reihe von Projekten, mit denen man einer Lösung näher kommen könnte:
In einer unbemannten Weltraummission solle man die Polarisation der Hintergrundstrahlung im Mikrowellenbereich messen und so den Fingerabdruck der kosmischen Inflation identifizieren: Jene subatomaren Schwankungen, die während der kosmischen Inflation auf astronomische Ausmaße aufgeblasen wurden und schließlich die heute beobachtbaren Galaxien und Sternhaufen bildeten.
Der dunklen Energie könne man auf die Spur kommen, indem man den Himmel systematisch kartiere. Hierzu müsste man auf der Erde und im Weltraum Teleskope stationieren, die wie das erdgebundene Large Synoptic Survey Telescope (LSST) einen großen Himmelsabschnitt erfassen können.
Ebenfalls in Weltraummissionen könne man Einsteins Gravitationstheorie testen. Das Komitee empfiehlt hierfür zwei Projekte: das Constellation-X Programm, bei dem mehrere gekoppelte Röntgensatelliten die Umgebung von Schwarzen Löchern beobachten sollen, und die Laser Interferometer Space Antenna (LISA), ein Weltrauminterferometer aus drei Satelliten, das Gravitationswellen aufspüren soll.
In einem unterirdischen Laboratorium zum Schutz vor der kosmischen Strahlung solle man nach der dunklen Materie fahnden und versuchen, die Neutrino-Masse und die Lebensdauer des Protons zu bestimmen. Die Physik unter extremen Bedingungen, wie sie vielfach im All herrschen, könne man mithilfe von Hochenergie-Lasern und ?Beschleunigern sowie Apparaturen zur Erzeugung von Plasmaeinschlüssen studieren. Die hochenergetische kosmische Strahlung werde bereits mit dem Southern Auger Array untersucht – dieses Projekt müsse weiter gefördert werden.
Damit aber ein großer Schritt vorwärts gemacht werden kann, müssten die Grenzen zwischen den Disziplinen Astronomie und Physik und ihren assoziierten Organisationen überschritten werden und – man benötige neue Geldquellen.
