L'astrofisica e la cosmologia offrono oggi un nuovo e reale terreno di confronto e verifica per la fisica nucleare e subnucleare, settori questi da sempre naturalmente associati ad attività di ricerca più convenzionali che adoperano macchine acceleratrici. La fisica delle particelle e dei nuclei devono infatti oggi confrontarsi con osservazioni astrofisico-cosmologiche che diventano sempre più raffinate e statisticamente rilevanti, e questo porta beneficio a tutti i settori di fisica coinvolti. Le interrelazioni sono così strette che sono stati coniati i nomi di fisica astroparticellare e di astrofisica nucleare proprio per indicare questi nuovi settori di ricerca.

La ricerca in fisica delle particelle, nella sua veste consueta di attività alle macchine acceleratrici, non può ovviamente essere sostituita dal solo studio delle implicazioni sugli osservabili cosmologici. In questi ultimi anni le ricerche svolte al CERN con il collider elettrone-positrone (LEP, Large Electron Positron Collider), pur senza mostrare chiari segni della presenza di nuove particelle o nuove interazioni, hanno tuttavia fornito una formidabile verifica della nostra conoscenza della fisica elettrodebole e quindi ulteriormente avvalorato il modello di unificazione elettrodebole. Allo stesso tempo, la fisica di precisione effettuata con fasci di particelle di elevatissima luminosità ha permesso di mostrare effetti di violazione della simmetria di carica e di parità (violazione di CP) anche nei processi che coinvolgono quark molto massivi (esperimento BaBar). Tali misure contribuiscono alla definizione di una parte del modello elettrodebole che risulta ancora oggi poco nota.

La fisica delle particelle è però per sua origine strettamente collegata all'ambiente astrofisico-cosmologico, basti ricordare a questo proposito il fondamentale ruolo svolto dallo studio della radiazione cosmica agli inizi della ricerca sulla fisica fondamentale. La grande attività teorico sperimentale sull'emissione atmosferica e solare di neutrini continua a testimoniare tale ruolo fondamentale. È sicuramente questo settore che ha portato i maggiori contributi alla fisica delle particelle elementari. L'anomalia dei neutrini atmosferici, mostrata dagli esperimenti di Superkamiokande e Macro, e il deficit di neutrini solari, osservato da molti esperimenti tra i quali Homestake, Gallex, Kamiokande, Superkamiokande e SNO, possono oggi considerarsi inconfutabili prove del fenomeno dell'oscillazione dei neutrini teorizzato molti anni or sono da Bruno Pontecorvo. Lo studio dell'emissione di neutrini da parte del Sole è però anche una formidabile evidenza della correttezza del modello solare basato sulle catene di reazioni nucleari che dall'idrogeno vanno verso gli elementi più pesanti. In questo senso ecco che anche la fisica nucleare attraverso le sue reazioni influenza il flusso di neutrini osservato. Molte delle reazioni nucleari rilevanti nella fisica solare e più in generale nell'evoluzione stellare non sono però sperimentalmente note nelle regioni energetiche di interesse astrofisico, esse al momento vengono infatti teoricamente estrapolate dalle regioni energetiche dove sono presenti i dati sperimentali. Per controllare meglio tale procedura in questi anni diverse reazioni nucleari verranno misurate direttamente nelle regioni energetiche utili per l'astrofisica.

In fine, la cosmologia è sicuramente l'altra grande frontiera da esplorare. La misura dell'anisotropia della radiazione fossile elettromagnetica (CMBR) da parte del satellite COBE alcuni anni fa, ei fondamentali risultati degli esperimenti Boomerang, Maxima, Dasi ecc., hanno mostrato un notevole grado di affidabilità del modello di hot big bang e quindi della nostra capacità di comprendere l'Universo primordiale. Tali osservazioni se confrontate con altri osservabili cosmologici — come le abbondanze di elementi leggeri primordiali (BBN), la distribuzione di massa su scale cosmologiche (LSS) e la magnitudo in funzione del redshift delle supernovae di tipo Ia — disegnano un preciso identikit del nostro Universo, caratterizzando nel dettaglio le specie energetiche che l'abitano (barioni, materia oscura, energia oscura, radiazione elettromagnetica e neutrini fossili). I nuovi dati sulla CMBR che arriveranno presto dai satelliti MAP e Planck, forniranno una visione ancora più precisa con elementi decisivi anche su istanti precedenti al secondo di vita dal big bang e questo significherà avere informazioni indirette sulla materia primordiale quando questa aveva densità energetiche molto superiori a quelle realizzabili agli acceleratori anche di prossima generazione.

Infine, è importante ricordare la grande attività sperimentale tesa allo studio della radiazione cosmica di elevatissima energia (10²⁰ eV) e delle emissioni neutriniche di origine astrofisica di energia elevata. Ciò attraverso gli esperimenti Agasa, Fly's Eye, Hires e Auger e per i neutrini con i telescopi di neutrini (Antares, Nestor e altri). Tali ricerche probabilmente forniranno risposte esaurienti sulla natura di tali inaspettati eventi (raggi cosmici di energia 10²⁰ eV che Auger cercherà di confermare) e più in generale daranno informazioni importati sui fenomeni di accelerazione estrema in ambiente astrofisico o sull'esistenza di eventuali particelle primordiali supemassive che decadendo generano tali formidabili eventi.