Årsrapport Innledning. Aktiviteter

Transkript

1 Årsrapport 2006 Innledning Navn på programmet: Kjerne- og partikkelforskning (KJERNPAR) Virkeperiode: Programmets hovedmål: KJERNPAR er en samling av tre prosjekter som alle er relatert til den forskning som foregår på CERN (European Organization for Nuclear Research) i Genève. Det forrige KJERNPAR-programmet ( ) var spesielt innrettet mot konstruksjonsfasen til akseleratoren LHC (Large Hadron Collider), som skulle ha blitt avsluttet i år Det har siden blitt forsinkelser i byggeprosessen, slik at tidspunktet for ferdigstilling er blitt forskjøvet til I 2004 fattet Divisjonsstyret for Vitenskap vedtak om nye bevilgninger for perioden til den norske CERN-virksomheten. Bevilgningene starter på 18 mill. kroner det første året og øker siden med beløp tilsvarende prisstigningen ut Memorandum of Understanding -perioden. Forskerne fremla i 2005 et forslag til organisering av CERN-virksomheten i årene , og dette opplegget ble lagt til grunn for den nye bevilgningsperioden, basert på anbefalinger fra et internasjonalt ekspertpanel. Ekspertene møter Forskningsrådet og forskerne til et seminar og evalueringsmøte mot slutten av hvert år. Budsjettprofiler for hele perioden inngår i prosjektenes kontrakter. I den nye perioden vil aktiviteten være konsentrert om tre prosjekter, som må sees som videreføring og utvidelse av de tidligere fire prosjekter: Høyenergi partikkelfysikk (inkl. Grid-aktiviteter); prosjektleder Farid Ould-Saada (UiO) Høyenergi kjernefysikk (inkl. ISOLDE og Grid-aktiviteter); prosjektleder Dieter Röhrich (UiB) Avansert instrumentering (inkl. ILO og teknologistudenter); prosjektleder Steinar Stapnes (UiO). Økonomi Programmets finansieringskilder: KD Disponibelt budsjett i 2006: 20,1 mill kroner Forbruk i 2006: 17,3 mill kroner (+ avsetning til å dekke økt budsjett i 2007 ut fra profil for hele programperioden) Aktiviteter Viktigste aktiviteter i 2006 Programmets forskningstema er gitt i og med at det er et følgeforskningsprogram, som har som mål å medvirke til bygging av to av de fire eksperimentene ved LHC - ATLAS og ALICE - som er definert av CERN. Norge har sagt seg villig til å bygge enkelte eksperimentmoduler, og man ønsker også å forberede norske stipendiater og forskerrekrutter for forskning som ventes å bli aktuell etter at LHC blir operativ. Ved siden av direkte støtte til de tre prosjektene gis støtte til at norske teknologistudenter skal oppholde seg på CERN, til en

2 norsk Industry Liaison Officer (ILO), som skal fremme norsk industri ved organisasjonen, samt deltakelse i CERNs styrende organer og vitenskapelige komiteer. Støtten fra Forskningsrådet benyttes i det vesentlige for to formål: Oppbygging, drift og vedlikehold av instrumentering til CERNs eksperimenter og til rekruttering av forskere til fagfeltene kjerne- og partikkelfysikk. Forskningen har et sterkt internasjonalt preg og gir studenter og forskere verdifull erfaring i å arbeide i et utenlandsk forskningsmiljø av meget høy kvalitet. I 2006 har fem dr. stipendiater (alle menn) og seks postdoc (alle menn) vært finansiert av programmets midler. I tillegg arbeider et like stort antall dr. stipendiater finansiert av Frittstående prosjekter eller universitetene selv på CERN-prosjektene.13 norske studenter har hatt såkalt teknologistudentfinansiering, - her bidrar Forskningsrådet og studentens hjemmeinstitusjon med 50% hver av kostnadene. Noen av disse er i tillegg fullfinansiert av CERN. CERN-forskningen foregår i det vesentlige ved de to universitetene UiB og UiO, men også Høgskolen i Bergen deltar til en viss grad i eksperimentet ALICE. Nøkkeltall, aktiviteter i 2006 Antall prosjekter: 4 (inkludert ett Grid-relatert postdoc-stipend) Antall dr.grads.stipendiater: 5 (menn) Antall postdoktorstipendiater: 6 (menn) Administrasjon Antall møter i styringsgruppen i 2006: 2 Administrative kostnader i 2006: (delegatreiser, assosierte komiteer, evalueringsmøte) Administrativ organisering av KJERNPAR består av en styringsgruppe, en prosjektgruppe (prosjektlederne) og et internasjonalt evalueringspanel (tre internasjonale eksperter innen partikkel- og kjernefysikk). Styringsgruppen består av dekaner og instituttledere ved de relevante institusjonene samt leder for prosjektgruppen. Resultater Høydepunkter og funn Høyenergi partikkelfysikk - ATLAS Prosjektet har oppfylt målsetningen om å bygge, installere og teste elementer i ATLASdetektoren. Hovedelementet i Silicon Tracker (SCT) er ferdigstilt, inkludert 320 moduler som er bygget i Skandinavia og som utgjør 15% av dette elementet. SCT er blitt testet med kosmisk stråling, med meget gode resultater, og SCT er nå integrert i ATLAS Inner Detector (ID). Deretter er ID installert og koblet opp med stort antall kabler inne i kryostatsystemet, som skal holde deler av detektoren på meget lav temperatur. Beholderne for flytende nitrogen og helium er installert og brukes nå i testingen av detektoren. ATLAS vil snart være klar til å 2

3 ta de første dataene i testkjøringene som er planlagt ved slutten av Tolv masterstudenter vil ta del i analysen av de første data fra ATLAS. Mange av de planlagte milepæler innen utviklingen av Grid-systemene for dataprosessering er nådd, med viktige bidrag og stor innsats fra medarbeidere på partikkelfysikk-prosjektet. Dette gjelder dataproduksjon, management og analyse, samt utvikling og testing av ATLAS offline programvare. Det nordiske datasenteret (NDGF Tier 1) tar nå form, og maskinvare som skal utgjøre deler av dette distribuerte senteret er installert ved UiO. NorduGrid har tatt aktivt del i kontinuerlig produksjon av ATLAS testdata siden desember Med bare en femtedel av ressursene som andre Grid-systemer disponerer har Nordugrid oppnådd det mest effektive produksjonssystemet, som håndterer opptil 4000 jobber daglig med nær 98% effektivitet. NDGF Tier 1-senteret er nå en del av det globale Grid-systemet for LHC og i fase med de andre Tier 1-sentrene som er spredt rundt i store deler av verden. Høyenergi kjernefysikk - ALICE ALICE-eksperimentet er et av de fire store eksperimentene på LHC. Detektorkomponentene installeres og testes nå, slik at ALICE vil være klar til å ta de første dataene sent i ALICEs vitenskapelige mål er å studere egenskapene til det såkalte kvark-gluon plasmaet, som er sentralt i forståelsen av hvordan materien er oppstått. Universitetene i Bergen og Oslo bidrar til byggingen av tre hovedsystemer på ALICE: Time Projection Chamber (TPC), som har hovedansvar for å følge de ladde partiklenes bane; electromagnetisk kalorimeter PHOS, som skal detektere gammastrålingen; og High Level Trigger (HLT), som skal velge ut data som spesielt skal analyseres. TPC er nå installert i ALICE (Fig. 1) og har startet å registrere data (fra kosmisk stråling) som så analyseres online ved hjelp av HLT. Den første PHOSmodulen (Fig. 2) har også tatt data i teststrålen. Alle systemene vil således være klare når LHC starter og de første kollisjonene finner sted. Figur 1. TPC-detektoren inne i ALICE-magneten (venstre) og sporene etter ladde partikler som går gjennom TPC (høyre). 3

4 Figur 2. Den første PHOS-modulen i fish-eye perspektiv. Dataene vil bli analysert ved hjelp av det verdensomspennede Grid-datasystemet. Grensesnittet mellom ALICEs Grid manager AliEn og Nordic Data Grid Facility (NDGF) - systemet ARC har blitt utviklet og installert i Bergen. Systemet har vært i drift siden september 2006 (masselagringsmedia er ennå ikke på plass). Grensesnittet skal også settes i drift på de andre nordiske datasentrene, men disse har ennå ikke oppnådd stabil drift. Det forventes at NDGF i framtiden vil bidra med betydelig beregnings- og lagringskapasitet i det globale Grid-systemet. Avansert instrumentering for høyenergi partikkel- og kjernefysikk Prosjektet omfatter fire virksomheter. Hovedvirksomheten er tilknyttet utvikling av nye strålingsharde silisiumsensorer for strålingsdeteksjon. For denne typen sensorer er prosesseringen endret slik at resultatet er sensorer som er hurtigere, som krever lavere driftsspenning og tåler høyere bestråling. Prosesseringen, som utføres i hovedsak ved SINTEF Oslo, baserer seg på teknikker utviklet for produksjon av mikromekaniske systemer og ikke minst lang erfaring med mer konvensjonelle strålingsdetektorer. Prosjektdeltagerne vil utvikle, teste, bestråle og integrere sensorer sammen med elektronikk spesielt utviklet for utlesning og kontroll av slike sensorer. Dette er en del av et større internasjonalt utviklingsprosjekt med deltakere fra ca. 10 land. Målet er at denne typen sensorer skal kunne brukes i større skala om 2-5 år. De foreløpige resultatene er meget lovende. Prosjektet støttet også norske studenter med teknologibakgrunn som oppholder seg omtrent et år ved CERN og arbeider med forskjellige typer spissteknologi i det internasjonale forskningsmiljøet der. CERN bidrar med over 50% av støtten til disse studentene. Videre inkluderer prosjektet en industriansvarlig som arbeider med å involvere norsk industri i leveranser eller teknologiutviklingsprosjekter ved CERN. Dette omfatter teknologi utviklet innenfor en rekke områder der CERN har spesiell kompetanse, fra IT til superledende magneter. Det siste delprosjektet er tilknyttet deltagelse i CERNs program for å utvikle en ny akselerator for kollisjon av elektroner og positroner ved ekstremt høye energier. Akselerasjonen er basert 4

5 på å overføre energi fra en intens lavenergistråle som går parallelt med høyenergistrålen. Målet er at teknologien skal være etablert om ca. 5 år. Mer informasjon om CERN-prosjektene: Resultatindikatorer for 2006 Avlagte doktorgrader: ingen (ny programperiode) Vitenskapelig publisering: 30 Annen publisering/formidling: 20 fra de tre prosjektene, samt en rekke bidrag rundt bruk av thorium som energikilde. Samlet vurdering og utfordringer framover Samlet vurdering av framdrift, måloppnåelse og nytte Det norske ATLAS-prosjektet nærmer seg fullføring. Det har bygget ferdig, testet og installert silisiumdetektorer for eksperimentet. I tillegg har prosjektet finansiert produksjon av store tanker for lagring av flytende gass, ny teknologi var nødvendig for å få dette til. Prosjektet har utdannet betydelig flere stipendiater enn det som var målsettingen. ALICE-prosjektet berømmes også for å ha kommet med betydelige bidrag til den internasjonale byggingen av eksperimentet. De norske kjernefysikerne har i tillegg vært involvert i et liknende eksperiment i USA (BRAHMS) for å få erfaring med pågående virksomhet, mens LHC settes sammen. Her har de gjort viktige funn om det såkalte kvarkgluon plasmaet, som er en vesentlig, men lite utforsket form for materie. Dette vil spille en rolle ved den fremtidige kjernefysikkforskningen på CERN. De norske forskerne på CERN publiserer oftest sammen med de internasjonale gruppene de arbeider i. I disse publikasjonene som kommer i noen av verdens fremste fysikktidsskrifter kan det ofte være flere hundre medforfattere. I løpet av året var det flere formidlingsaktiviteter hvor våre CERN-forskere deltok. Alt i alt har programmet en meget god framdrift, noe som også er de internasjonale ekspertenes mening, og på enkelte områder kan man faktisk bedømme de oppnådde resultater som langt over måloppnåelse. Planer for 2007 og utfordringer framover I 2007 vil vekten være på å fullføre byggingen av eksperimentene ATLAS og ALICE ved CERN, samt å fortsette rekrutteringen til arbeidet når hele LHC blir operativ og produserer fysikkdata. Dette ventes å skje tidlig i 2008, og da er det viktig å ha nødvendig ekspertise og mange rekrutter til å høste av de forventede nye og fundamentalt viktige data som kommer fra den nye akseleratoren. Forskningsrådet har underskrevet en Memorandum of Understanding (MoU) med CERN, hvor det forplikter seg til å delta i CERN-virksomheten inntil Dette inkluderer støtte til 5

6 ferdigstillelse, drift og vedlikehold av ATLAS og ALICE. En ny MoU for LHC Computing Grid skal undertegnes i løpet av 2007, der Norge inngår i et nordisk samarbeid om et distribuert Grid-senter (Tier 1) med forpliktelser overfor CERN hva angår beregningskapasitet, lagringsplass, kapasitet for dataoverføring og tilgjengelighet. I tiden frem mot oppstart av LHC vil de norske CERN-forskningsmiljøene, i samarbeid med informasjonsavdelingene ved UiO og UiB og Forskningsrådet, arbeide under en felles strategi for å informere allmennheten og skape publisitet rundt CERN-forskningen, ikke minst med tanke på formidling til barn og ungdom. 6