Årsrapport 2009 Kjerne- og partikkelforskning/kjernpar ( )

Transkript

1 Årsrapport 2009 Kjerne- og partikkelforskning/kjernpar ( ) Året 2009 I 1996 vedtok CERNs råd å bygge verdens kraftigste partikkelakselerator, Large Hadron Collider (LHC), som skal studere naturens aller minste byggesteiner og de fundamentale vekselvirkningene mellom disse. I september 2008 sto LHC endelig ferdig, i en 27 km lang sirkulær tunnel 100 meter under jorda nær Genève, ved grensen mellom Sveits og Frankrike. Etter en meget vellykket oppstart oppsto et teknisk problem på LHC under testing med større strømstyrker. Dette medførte en lengre driftsstans med feilsøking, reparasjon og uttesting. LHC har nå startet opp igjen, og de første kollisjonene ble registrert 23. november I de påfølgende to ukene med datatagning lagret alle de store eksperimentene ved LHC, deriblant ATLAS og ALICE, data fra over en million kollisjoner. LHC forventes å gi viktige data i mange år. KJERNPAR-programmet finansierer norsk deltagelse i ATLAS og ALICE, og personer fra miljøer ved UiB, UiO, NTNU og en rekke høgskoler utfører sin forskning ved CERN. Dette inkluderer tekniske studenter, masterstudenter, stipendiater og forskere. I løpet av 2009 er det nedlagt et stort arbeid av norske studenter og forskere for å teste ATLAS- og ALICEdetektorene, samt utvikling av den elektroniske infrastrukturen som kreves for å håndtere, analysere og lagre de enorme datamengdene som vil genereres fra eksperimentene. De norske aktivitetene evalueres av et internasjonalt ekspertpanel, som gir anbefalinger for programmets videre innretning. Evalueringen av grunnleggende forskning innen fysikkfagene i 2009 bekreftet også at de norske CERN-miljøene holder meget høy vitenskapelig kvalitet. Gjennom målrettet ILO-arbeid har Norges industrielle retur for leveranser til CERN gradvis økt fra et bunnivå i 2005 på 2% av medlemskontingenten til 22% i Det har i 2009 vært gjennomført idésøkseminar på CERN i samarbeid med NTNUs Entreprenørskapsskole, med formål å identifisere egnede teknologier som utgangspunkt for bedriftsoppstart. Programmets mål 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. For å sikre best mulig vitenskapelig utnyttelse av Norges medlemskap i CERN og gjøre det mulig for norske forskere å delta i store eksperimentelle konsortier er følgeforskningen organisert som et langsiktig program. 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 ferdigstillelse, drift og vedlikehold av de store eksperimentene ATLAS og ALICE. Det forrige KJERNPAR-programmet ( ) var spesielt innrettet mot konstruksjonsfasen til akseleratoren LHC (Large Hadron Collider), som skulle ha blitt avsluttet i år Det oppsto forsinkelser i byggeprosessen, slik at tidspunktet for ferdigstilling ble forskjøvet til I 2004 fattet Divisjonsstyret for Vitenskap vedtak om nye bevilgninger til den norske CERN-virksomheten for perioden Bevilgningene startet på 18 mill. kroner det første året og øker deretter med beløp tilsvarende prisstigningen ut Memorandum of Understanding -perioden. Forskerne fremla i 2005 et forslag til organisering av CERNvirksomheten i årene , og dette ble lagt til grunn for den nye bevilgningsperioden, basert på anbefalinger fra et internasjonalt ekspertpanel. Ekspertene møter Forskningsrådet og

2 forskerne til et årlig seminar og evalueringsmøte. Budsjettprofiler for hele perioden inngår i prosjektenes kontrakter. Programmets forskningstema er gitt i og med at det er et følgeforskningsprogram, som har som mål å medvirke til oppbygging 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 detektormoduler, og man ønsker også å forberede norske stipendiater og forskerrekrutter for forskning som ventes å bli aktuell når LHC er operativ. Ved siden av direkte støtte til de tre prosjektene gis støtte til at norske teknologistudenter skal oppholde seg på CERN, til en norsk Industry Liaison Officer (ILO), som skal fremme norsk industri ved organisasjonen, samt deltakelse i CERNs styrende organer og vitenskapelige komiteer. I perioden er aktivitetene konsentrert om tre hovedprosjekter, som må sees som videreføring og utvidelse av de tidligere fire prosjekter: Høyenergi partikkelfysikk (inkl. ATLAS og Grid-aktiviteter); prosjektleder Farid Ould-Saada (UiO) Høyenergi kjernefysikk (inkl. ALICE og Grid-aktiviteter); prosjektleder Dieter Röhrich (UiB) Avansert instrumentering (inkl. ILO og teknologistudenter); prosjektleder Steinar Stapnes (UiO). Økonomi og prosjektomfang Disponibelt budsjett i 2009: 20,15 MNOK Forbruk i 2009: 19,1 MNOK Programmets finansieringskilder i 2009: KD Antall og type prosjekter i 2009: Totalt 3 forskerprosjekter Vurdering av måloppnåelse og faglige utfordringer Det norske ATLAS-prosjektet ble fullført i Det har bygget ferdig, testet og installert silisiumdetektorer for eksperimentet. Prosjektet har utdannet betydelig flere stipendiater enn det som var målsettingen. ALICE-prosjektet har også kommet med betydelige bidrag til den internasjonale byggingen av dette 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 kvark-gluon plasmaet, som er en vesentlig, men lite utforsket form for materie. Dette vil spille en rolle ved den fremtidige kjernefysikkforskningen på CERN. Forskningen har et sterkt internasjonalt preg og gir studenter og forskere verdifull erfaring i å arbeide i et utenlandsk forskningsmiljø av meget høy kvalitet. 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 også flere formidlingsaktiviteter hvor norske CERNforskere deltok. Alt i alt har programmet en meget god framdrift, og dette bekreftes i rapportene fra det internasjonale ekspertpanelet. På enkelte områder kan man faktisk bedømme de oppnådde resultater som langt over måloppnåelse. De norske CERN-miljøene har fått meget gode evalueringer ved tre anledninger i 2009: i rapporten fra det årlige ekspertpanelmøtet, under 2

3 RECFA-komiteens besøk i Norge og i evalueringen av grunnleggende forskning innen fysikkfagene i den sistnevnte kom gruppen innen høyenergi partikkelfysikk ved UiO ut med høyeste karakter. Nøkkeltall, 2009 Antall prosjekter: 3 Dr.gradsstipendiater: 7,0 årsverk, herav 0,7 kvinner Postdoktorstipendiater: 9,6 årsverk, herav 1,0 kvinner Kommentarer til tallene: Det er sterkt ønskelig å øke antallet dr. stipend på prosjektene, spesielt stipender som allokeres fra fakultetene til instituttene ved UiO og UiB. Dette blir spesielt viktig fra 2010 med tanke på mulighetene som gis når data fra LHC kommer, for å høste mest mulig av de store investeringene som er gjort i eksperimentene ATLAS og ALICE. Resultatindikatorer, 2009 Avlagte doktorgrader: 8 Vitenskapelige artikler med referee: 100 Vitenskapelige artikler uten referee: 15 Annen publisering/kommunikasjon: 52 publiserte foredrag fra internasjonale møter, 184 andre rapporter/ foredrag, 26 oppslag i massemedia, 24 brukerrettede formidlingstiltak, 20 allmennrettede formidlingstiltak. Kommentarer til tallene: CERN-prosjektene kan vise til betydelig vitenskapelig publisering på høyt internasjonalt nivå og stor utadrettet virksomhet. Dette forventes å øke i forbindelse med de første fysikkresultater i Viktigste aktiviteter i 2009 Forskningsfaglige: Hovedvekten av aktivitetene finansiert av programmet har vært testing og kommisjonering av eksperimentene ATLAS og ALICE ved CERN, samt rekruttering av studenter og forskere til analysearbeidet når hele LHC blir operativ og produserer fysikkdata. Dette ventes nå å skje i løpet av 2010, 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. I 2009 har 8 dr. stipendiater (1 kvinne og 7 menn) og 12 postdocs (1 kvinne og 11 menn) vært finansiert av programmet. I tillegg arbeider et like stort antall dr. stipendiater finansiert av Frittstående prosjekter eller universitetene selv på CERN-prosjektene. CERN-forskningen foregår i det vesentlige ved de to universitetene UiB og UiO, men også Høgskolen i Bergen deltar i eksperimentet ALICE. 11 norske studenter fra NTNU og en rekke høgskoler (Høgskolen i Bergen, Høgskolen i Sør- Trøndelag, Høgskolen i Molde, Høgskolen i Gjøvik) har i løpet av 2009 arbeidet som 3

4 teknologistudenter ved CERN, - her bidrar Forskningsrådet og studentens hjemmeinstitusjon med 50 % hver av kostnadene. Noen av disse er i tillegg fullfinansiert av CERN. Kommunikasjons- og formidlingstiltak: De norske CERN-miljøene har tatt del i en rekke tiltak rettet mot formidling av denne forskningen, blant annet Master Classes i partikkelfysikk for elever i videregående skoler og egne aktiviteter under Forskningsdagene. Driftsrelaterte aktiviteter: Det er i 2009 avholdt to møter i styringsgruppen for de norske CERN-aktivitetene. Norge-CERN-arbeidsgruppen (med representanter fra CERNs administrasjon, de norske delegater og ILO, Norges permanente delegasjon i Genève, samt norske CERN-ansatte og brukere) hadde to møter i De viktigste oppgavene for denne arbeidsgruppen er å finne felles tiltak som kan bidra til å øke rekrutteringen av nordmenn til CERN og forbedre norsk industriretur og teknologioverføring. Høydepunkter og funn LHC hadde en imponerende rask og problemfri oppstart 20. november 2009 og påfølgende kommisjonering av partikkelstrålene og avsluttet 2009 på en formtopp. De første kollisjonene ble registrert 23. november, og i de påfølgende to ukene med datatagning lagret alle de store eksperimentene ved LHC, deriblant ATLAS og ALICE, data fra over en million kollisjoner mellom protonstråler med en energi på 900 GeV 1. Jubel i ATLAS kontrollrom, CERN. Prosjektleder Prof. Farid Ould-Saada og Prof. Alex Read (begge fra Fysisk Institutt, UiO) feirer første partikkelkollisjon sammen med lederen av ATLAS-kollaborasjonen. Den 30. november 2009 ble det også registrert kollisjoner med en energi på 2.36 TeV, som gjør LHC til verdens kraftigste partikkelakselerator noensinne. 1 En elektronvolt (ev) er mengden energi som tilføres et elektron når det akseleres gjennom en spenning på en volt. GeV= et tusen millioner ev, TeV= en million millioner ev. 4

5 LHC starter opp igjen i mars 2010 etter en planlagt kort teknisk stans, der målet var å gjøre maskinen klar for kollisjoner ved 7 TeV. Dette er energien som skal brukes for de første delene av eksperimentenes fysikkprogram. LHC er den første partikkelakseleratoren som direkte kan studere fysikk på TeV-skala, et helt nytt energiregime. Ved å kollidere stråler med protoner og blykjerner vil LHC se dypere inn i naturen enn vi før har kunnet, og vil gjenskape de rådende forholdene i de første nanosekundene av universets levetid. Alle komponentene av ALICE som Norge er involvert i (Photon Spectrometer PHOS, Time Projection Chamber TPC og High Level Trigger HLT) ble testet og kommisjonert i løpet av 2009 og deltok i de første LHC-kjøringene. Etter at LHC startet opp 23.november registrerte ALICE 284 kollisjoner mellom protonstråler. Disse målingene ble analysert umidddelbart og har allerede resultert i den første ALICE-publikasjonen (Eur. Phys. J. C65: , 2010). ALICE hadde medio april 2010 allerede akkumulert 10 millioner protonkollisjoner ved 7 TeV. Medlemmer av HEPP-prosjektet har hatt ansvar innen flere områder: Klargjøring, operasjon og overvåking av ATLAS indre detektor, kontroll av datakvalitet, distribusjon av data over Gridnettverkene og innen fysikkanalyse. Et spesielt sterkt bidrag har vært gitt innen drift og utvikling av datasystemer, produksjon av simulerte data og operasjon av Grid-nettverk. Figuren under viser en partikkelkollisjon registrert i den indre ATLAS-detektoren, som HEPP-prosjektet har bidratt sterkt til. 5

6 I 2009 ble de nordiske Grid-ressursene fullt integrert i PANDA-systemet som benyttes av ATLAS-eksperimentet, via et spesialskrevet mellomlag som lar PANDA kommunisere med ARC (Advanced Resource Connector, som er systemet som benyttes i det nordiske Gridsamarbeidet NorduGrid). Dette gjorde at alle standard Grid-verktøy for ATLAS-fysikere nå også kan brukes på ARC-ressurser, og bruken av disse til analyse har økt kraftig som følge. De første dataene fra kollisjoner i ATLAS i november og desember 2009 var tilgjengelige på NorduGrid 30 minutter etter at de var registrert ved CERN og ble analysert i Norden ved hjelp av normale fysikkverktøy. Analyser av disse dataene har fortsatt i de første månedene av 2010 og resultatene herfra er blant de som nå gjøres klar for publikasjon av ATLAS-kollaborasjonen. ARC ble valgt som en av tre mulige Grid-teknologier for det nyetablerte "European Grid Initiative" (EGI), som planlegger å utvikle en universell kommunikasjonsprotokoll for Grid computing (Universal Middleware Distribution). NorduGrid deltar i EMI-prosjektet (European Middleware Initiative) som skal starte i Innen formidlingsarbeid var det i 2009 rekordhøyt deltakerantall i EPPOGs årlige MasterClasses: Hands-On-Cern (EPPOG: European Particle Physics Outreach Group). Hele 155 elever fra 7 videregående skoler i Oslo og Østlandsområdet deltok på arrangementet ved Universitetet i Oslo. Dette var første året hendelsen også ble filmet, med tanke på en utvidelse av opplegget og for rekruttering de neste årene. Nasjonale CERN MasterClasses ved de regionale Vitensentrene er planlagt i

7 Under Forskningsdagene i Bergen deltok 60 skoleelever i 6. klasse i jakten på kosmiske partikler i et tåkekammer plassert ved Universitetet i Bergen og ute ved sin egen skole. Dette resulterte i flere artikler i lokalpressen og noen veldig ivrige og entusiastiske partikkeldetektiver! Industrikontrakter Norge har i løpet av året bedret sin industrielle retur. I 2005 hadde Norge en industriell retur for leveranser på 2 %. Siden den gang har Norge gradvis økt sin industrielle retur, og i 2009 var den norske industrielle returen for leveranser 22 %. Tatt i betrakting lang fysisk avstand til CERN og Norges høye kostnadsnivå vil det være utfordrende å øke dette tallet i betydelig grad. Til sammenligning har land som Sverige en industriell retur for leveranser på 23 %, Danmark på 3 % og UK på 30 %. Økningen i den industrielle returen skyldes målrettet arbeid over flere år, hvor norsk industri er blitt kontaktet om aktuelle leveranser, og hvor både eksperter fra CERN har besøkt Norge og norske bedrifter har besøkt CERN. I tillegg har en arbeidsgruppe som består av representanter fra CERNs ledelse, den norske CERN-delegasjonen, norske CERN-ansatte og brukere og Norges permanente delegasjon i Genève, blant annet sett på tiltak for å forbedre den norske industrielle returen. Et annet viktig område denne arbeidsgruppen har jobbet med er tiltak for å øke antallet norske ansatte på CERN. Arbeidsgruppen ble etablert i 2008 og vil fortsette sitt arbeide i Et norsk konsortium bestående av Lyse Energi, IBM, Smedvig Eiendom, Ipark og UNINETT har i løpet av året arbeidet med å utrede mulighetene for å legge et stort datasenter for CERN til Norge. Dette arbeidet fortsetter i Utgangspunktet for denne utredningen er at CERN innen kort tid må gå til anskaffelse av et nytt datasenter. Norge er en aktuell plassering siden landet har lave energipriser og fordi kalde fjorder muliggjør energieffektive kjøleløsninger. Teknologioverføring I 2008 ble det gjennomført et pilotprosjekt hvor en gjennomførte et 7 dagers intensivt idésøkseminar på CERN i samarbeid med NTNUs Entreprenørskapsskole. Tilbakemeldingene fra denne gjennomføringen var så gode at en konkluderte med at aktiviteten burde videreføres. Et tilsvarende arrangement ble derfor gjennomført i Idésøkseminaret går ut på at studenter i samarbeid med forelesere og forretningsutviklere identifiserer egnede teknologier som utgangspunkt til å starte opp en bedrift. Det utføres teknologiundersøkelser og markedsundersøkelser, og resultatene sammenfattes i en rapport. For gjennomføringen høsten 2009 ble det innvilget prosjektstøtte til denne Screening Week på CERN fra Forskningsrådets Innovasjonsdivisjon. Totalt reiste 24 studenter og fasilitatorer til CERN. Gjennom idésøkseminaret gis et av Norges viktigste teknologimiljøer tilgang til å bruke CERN som læringsarena. Erfaringene så langt tyder på at dette vil kunne få langtidsvirkninger for norsk involvering i kommersialisering av fremragende forskning. 7

8 Rekruttering og teknisk studentprogram I 2009 var det 14 norske faste ansatte på CERN. Dette tallet er lavt i forhold til det norske medlemsbidraget. Hovedstrategien for å øke antallet faste ansatte er å få et forholdsvis høyt antall tekniske studenter og fellows (trainees) til CERN og etter hvert få noen av disse over i faste stillinger. Norge har avsatt noe midler for å øke antallet tekniske studenter. Dette innebærer at en del av studentenes opphold ved CERN dekkes fra Norge. I 2009 hadde Norge 11 tekniske studenter, 3 doktorgradsstudenter og 8 fellows ved CERN. For disse programmene får Norge en langt høyere uttelling enn vårt medlemsbidrag skulle tilsi. CERN har i løpet av året deltatt på rekrutteringsarrangementer ved NTNU, UiO, Høgskolen i Sør-Trøndelag og Høgskolen i Oslo. 8