Onderdeel van de NWA-route Bouwstenen van materie en fundamenten van tijd en ruimte
Hoofdaanvrager: Prof.dr.ir. I. (Ionica) Smeets, Universiteit Leiden
Onze route richt zich op fundamentele vragen over materie, ruimte, tijd en het heelal. Voor de startimpuls nemen we ‘zwaartekracht’ als centraal thema. Dit thema biedt ongekende kansen voor Nederland om theorie, experiment en instrumentatie op nieuwe manieren met elkaar te verbinden. Ook zetten we in op evidence-based wetenschapscommunicatie. Via onze plannen voor community building willen we de achterban van de hele route betrokken houden.
Aanpak
De route Bouwstenen gaat over de fundamentele vraag of we het bestaan en de evolutie van het universum kunnen begrijpen. De beoogde game-changers zijn de Einstein Telescope (ET), een uiterst gevoelige interferometer voor toekomstig zwaartekrachtsgolven onderzoek in Nederland, het Dutch Institute for Emergent Phenomena (DIEP), en een gecoördineerde, evidence-based benadering van wetenschaps-communicatie. Binnen de voor dit programma gekozen focus op zwaartekracht zal tevens worden gewerkt aan precisiemetingen aan de zwaartekracht via de SKA (Square Kilometer Array), i.e. de grootste radiotelescoop ter wereld in wording, met een belangrijke Nederlandse bijdrage. Ten slotte staat een wiskundige studie naar de Einstein-vergelijkingen (die de zwaartekracht volgens de Algemene Relativiteitstheorie beschrijven) op het programma, die niet alleen zeer vernieuwend is, maar tevens voor het eerst de Nederlandse zuivere wiskunde bij het onderzoek naar zwaartekracht betrekt.
Werkpakketten
(1) Evidence-based outreach
Contactpersoon: prof.dr. I. Smeets (Wetenschapscommunicatie, Universiteit Leiden)
Hoewel er al veel publieke activiteiten plaatsvinden om kennis en nieuwsgierigheid te vergroten, bereiken deze activiteiten vaak hetzelfde publiek, zijn ze niet altijd gebaseerd op wat werkt en worden ze slechts minimaal geëvalueerd. Om wetenschapscommunicatie te professionaliseren, zullen wij evidence-based aanpakken gebruiken én ontwikkelen. Onderzoekers binnen de betrokken NWA-routes die publieksactiviteiten willen organiseren, kunnen bijstand krijgen van wetenschapscommunicatie-onderzoekers.
(2) Task-force en site studie voor Einstein Telescope in Nederland
Contactpersoon: prof. dr. S. Bentvelsen (Nikhef)
Uit voorlopig geologisch onderzoek is gebleken dat Zuid- Limburg mogelijk een geschikte locatie voor Einstein Telescope is vanwege de geologische structuur van de ondergrond. Wij stellen voor om een degelijk geologisch en geofysisch onderzoek te doen zodat gedetailleerde kennis van de onderlagen wordt verkregen. Op deze manier zal de geschiktheid van Zuid-Limburg voor Einstein Telescope definitief worden vastgesteld.
(3) Blauwdruk voor de Dutch Institute for Emergent Phenomena
Contactpersoon: prof. dr. Jan de Boer (Universiteit van Amsterdam)
Het startpunt van het Dutch Institute for Emergent Phenomena (DIEP) zal worden gevormd door een aantal internationale workshops georganiseerd op verschillende breed ingestoken thema’s zoals: quantum gravity, quantum matter, self-organized soft/bio-inspired matter, multi-scale modeling and simulation and living matter. Na 2 jaar moet dit leiden tot een concreet plan van aanpak, in termen van een rapport, richting een internationaal toonaangevend instituut op het interdisciplinaire veld van emergente fenomenen.
(4) Het testen van zwaartekracht door het timen van pulsars met de SKA
Contactpersoon: dr. G.H. Janssen (ASTRON/Radboud Universiteit Nijmegen)
De Square Kilometre Array (SKA) is de radiotelescoop van de toekomst. Dit project gebruikt een unieke combinatie van metingen: het 15-jaar lange pulsar timing archief van de WSRT en nieuwe waarnemingen met LOFAR. Met deze dataset zullen wij onderzoeken of de tot nu toe onzichtbare begeleiders van pulsars in relativistische systemen ook te detecteren zijn als radio pulsar, en welke pulsars door SKA het best gebruikt kunnen worden om relativistische effecten te meten en zwaartekrachtsgolven te detecteren.
(5) Optische detectie van zwaartekracht en aardbevingen
Contactpersoon: prof. dr. K. Jungmann (Universiteit Groningen)
Dit project verenigt groepen uit de atoomfysica, nanofysica en optische fysica en experts op het gebied van sensoren en sensornetwerken die hun krachten bundelen om drie nieuwe trillingssensorconcepten te onderzoeken en tot een prototype device te komen. Netwerken van zulke sensoren zijn van groot belang om seismische ruisonderdrukking in te zetten in nieuwe zwaartekrachtsgolfdetectoren zoals die van de Einstein Telescope.
(6) Het Zwaartekrachtsgolf-Heelal
Contactpersoon: prof. dr. G. Nelemans (Radboud Universiteit Nijmegen)
Zwaartekrachtsgolven zijn rimpelingen in de ruimte-tijd die ongestoord met de lichtsnelheid door het heelal bewegen. Ze worden veroorzaakt door gebeurtenissen met zowel extreme als extreem veranderlijke zwaartekracht, zoals samensmeltende zwarte gaten en supernova-explosies. Om de hele Nederlandse wetenschappelijke gemeenschap toegang te geven tot een overzicht van de diverse bronnen van zwaartekrachtsgolven gaan we een softwareomgeving ontwikkelen waarin het hele zwaartekrachtsgolf-heelal gesimuleerd kan worden.
(7) Zwaartekracht voor scholieren
Contactpersoon: dr. P. Russo (Astronomie en maatschappij, Universiteit Leiden)
Het doel van dit project is om Nederlandstalige onderwijsactiviteiten (in het natuur en techniek domein) te ontwikkelen voor kinderen in de leeftijdscategorie 9-16 jaar. Deze activiteiten worden opgezet rond onderzoeksthema’s die binnen deze route een belangrijke rol spelen, namelijk zwaartekracht, licht en de daarmee samenhangende fenomenen en effecten die we waarnemen in het heelal.
(8) Fase camera’s voor toekomstige zwaartekrachtsgolven detectoren
Contactpersoon: dr. N. Van Bakel (Nikhef)
Voor toekomstige gravitatiegolven detectoren Einstein Telescope en LISA is het noodzakelijk om gesegmenteerde fotodiodes met uitleeselektronica te ontwikkelen. Na een conceptueel ontwerp voor de fase camera voor de verschillende interferometers zal in overleg met mogelijke industriële partners gekeken worden welke delen efficiënt in Nederland ontwikkeld kunnen worden, rekening houdend met beschikbare expertises.
(9) Oplossingen van de Einstein-vergelijkingen voor gravitatie via de Hilbert-stroming
Contactpersoon: prof. dr. G.J.B. van den Berg (Vrije Universiteit Amsterdam)
Dit project bouwt een nieuwe brug tussen de state-of-the-art wiskunde en Einsteins theorie van de zwaartekracht, die wordt beschreven door 10 gekoppelde niet-lineaire tweede orde partiële differentiaalvergelijkingen. De afleiding van deze vergelijkingen uit de zgn. Einstein-Hilbert actiefunctionaal opent de deur voor een nieuwe en onverwachte topologische aanpak op basis van Morse-Floer-theorie. Deze strategie voor het bestuderen van de oplossingen van de Einstein- vergelijkingen via stromingslijnen van de Hilbert-actie vormt een gloednieuw perspectief op deze vergelijkingen.
Consortiumleden
Het consortium bestaat o.a. uit: Radboud Universiteit, Rijksuniversiteit Groningen, Universiteit Leiden, Universiteit van Amsterdam, Vrije Universiteit Amsterdam, ASTRON, SRON, VDL, Nikhef, Naturalis, TUDelft, QuTech. Albert Einstein Institute Hannover-Germany, European Gravitational Observatory-Italy, Universiteit Maastricht, Antea, TNO, Shell, Innoseis, Universiteit Utrecht, TU Eindhoven, Synergetica Lab Artists, KNMI, ECHO, VHTO.
