Årsrapport 2007 Kjerne- og partikkelforskning/kjernpar (2006-2011) Året 2007 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 2008 skal endelig denne maskinen stå ferdig, i en 27 km lang sirkulær tunnel 100 meter under jorda nær Geneve, ved grensen mellom Sveits og Frankrike. KJERNPAR-programmet finansierer norsk deltagelse i to av de store eksperimentene på LHC, ATLAS og ALICE, og rundt 70 personer fra miljøer ved UiB og UiO utfører sin forskning ved CERN. Dette inkluderer tekniske studenter, masterstudenter, stipendiater og forskere. I løpet av 2007 er det nedlagt et stort arbeid av norske studenter og forskere for å ferdigstille og teste ATLAS- og ALICE-detektorene, 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. 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 2011. Dette inkluderer støtte til ferdigstillelse, drift og vedlikehold av de store eksperimentene ATLAS og ALICE. Det forrige KJERNPAR-programmet (1998-2005) var spesielt innrettet mot konstruksjonsfasen til akseleratoren LHC (Large Hadron Collider), som skulle ha blitt avsluttet i år 2005. Det har siden blitt forsinkelser i byggeprosessen, slik at tidspunktet for ferdigstilling er blitt forskjøvet til 2008. I 2004 fattet Divisjonsstyret for Vitenskap vedtak om nye bevilgninger for perioden 2006-2011 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 CERNvirksomheten i årene 2006 2011, 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. 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 norsk Industry Liaison
Officer (ILO), som skal fremme norsk industri ved organisasjonen, samt deltakelse i CERNs styrende organer og vitenskapelige komiteer. I perioden 2006-2011 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, ISOLDE og Grid-aktiviteter); prosjektleder Dieter Röhrich (UiB) Avansert instrumentering (inkl. ILO og teknologistudenter); prosjektleder Steinar Stapnes (UiO). Disponibelt budsjett i 2007: 21,7 MNOK Forbruk i 2007: 21,5 MNOK Programmets finansieringskilder i 2007: KD Antall og type prosjekter i 2007: 4 forskerprosjekter (tre hovedprosjekter + ISOLDE) Samlet vurdering av mål, status og faglige utfordringer 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 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 flere formidlingsaktiviteter hvor våre CERN-forskere 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. Nøkkeltall, 2007 Antall prosjekter: 4 Dr.grads.stipendiater: 4,4 årsverk, alle menn Postdoktorstipendiater: 6,0 årsverk, herav 0,4 årsverk kvinner 2
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 2008 med tanke på mulighetene som byr seg når data fra LHC kommer, for å høste mest mulig av de store investeringer som er gjort i eksperimentene ATLAS og ALICE. Resultatindikatorer, 2007 Avlagte doktorgrader: 4 Vitenskapelige artikler med referee: 187 Vitenskapelige artikler uten referee: 22 Publiserte foredrag fra internasjonale møter: 32 Andre rapporter og foredrag: 181(relatert til de tre hovedprosjektene, samt en rekke bidrag rundt bruk av thorium som energikilde) Annen publisering/kommunikasjon: 42 allmennrettede og 22 brukerrettede formidlingstiltak, 43 oppslag i massemedia 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 oppstart av LHC i 2008 og de første fysikkresultater. Viktigste aktiviteter i 2007 Hovedvekten av aktivitetene finansiert av programmet har vært rettet mot å fullføre byggingen 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 å skje i løpet av 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. I 2007 har fem dr. stipendiater (alle menn) og åtte postdoc (syv menn og en kvinne) 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 til en viss grad i eksperimentet ALICE. 13 norske studenter fra NTNU og en rekke høgskoler (HiB, HiST, HiM, HiG) har arbeidet som teknologistudenter ved CERN, - her bidrar Forskningsrådet og studentens hjemmeinstitusjon med 50 % hver av kostnadene. Noen av disse er i tillegg fullfinansiert av CERN. En ny MoU for LHC Computing Grid ble undertegnet i 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. Det er i 2007 avholdt to møter i styringsgruppen for de norske CERN-aktivitetene, og i november ble det arrangert et to dagers seminar med det internasjonale ekspertpanelet, der et stort antall studenter og forskere presenterte sitt arbeid. Ekspertene fikk således et meget solid inntrykk av prosjektene, og de leverer tidlig i 2008 en rapport med vurderinger og råd for fremtidig innretting av programmet. 3
I januar ble det avholdt en workshop ved kjernefysikksenteret ECT i Trento, Italia innen temaet ultra-perifere kollisjoner, med prof. Joakim Nystrand (UiB) som medorganisator. Workshop en hadde ca. 40 deltakere, omtrent jevnt fordelt mellom teoretikere og eksperimentalister (se http://cerncourier.com/cws/article/cern/31193). CERNs finanskomite nedsatte i juni 2007, etter initiativ fra blant andre Norges delegater, en arbeidsgruppe som skal vurdere dagens regelverk og policy for innkjøp og foreslå tiltak som kan bidra en jevnere fordeling av leveranser av varer og tjenester fra medlemslandene, spesielt med tanke på at noen land (som Norge) i dag har en meget lav industriretur. Det er også opprettet en konstruktiv dialog om rekruttering mellom CERNs administrasjon og de norske delegater, med siktemål å forbedre dagens noe lave antall norske ansatte ved CERN. 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. I april 2007 ble det arrangert en pressetur til CERN med god oppslutning fra norske medier, og i løpet av året har de norske CERN-aktivitetene vært omtalt i en rekke aviser, radio og TV. To artikler (en om CERN generelt og en om Grid) ble trykket i mer enn 40 norske aviser! Forskningsråds formidlingspris for 2007 ble tildelt professor i partikkelfysikk, Egil Lillestøl (UiB og CERN). Høydepunkter og funn Høyenergi partikkelfysikk - ATLAS Prosjektet har oppfylt målsetningen om å bygge og installere elementer i ATLAS-detektoren, og i 2007 deltok forskerne i tester basert på kosmisk stråling som passerer detektoren. Figurene viser de første spor av kosmisk stråling i Silicon Tracker (SCT), som del i en omfattende test av ATLAS-detektoren - dette er en viktig milepæl på veien mot full drift. Medlemmene av det norske ATLAS-prosjektet (UiO og UiB) har gitt bidrag til den første vitenskapelige publikasjonen fra ATLAS-kollaborasjonen: "The ATLAS Experiment at the CERN Large Hadron Collider". Denne artikkelen utgjør 422 sider - listen over forfattere er 18 sider lang og ble innsendt til Journal of Instrumentation, (http://www.iop.org/ej/journal/jinst) i desember 2007. Det forventes at denne artikkelen vil bli referert i alle kommende ATLAS-relaterte publikasjoner. 4
På datahåndteringsiden har ATLAS testet hele kjeden, fra signalene leses ut av detektoren, til de plottes på dataskjermer hos fysikere over hele verden (se http://www.isgtw.org/?pid=1000673). Denne kraftinnsatsen viste at det er realistisk å kunne håndtere petabyte-datamengder fra ATLAS i nær fremtid. Det nordiske NDGF Tier 1- datasenteret ble fylt opp med mer enn 100 TB data (fra ATLAS tester, kosmisk stråling og simuleringer) og utgjorde således det største Tier-1 senteret i Europa, regnet ut fra datahåndtering. Ukentlige nyheter om ATLAS legges ut på http://atlas-service-enews.web.cern.ch/atlas-service-enews/index.html Arbeidet med å ferdigstille fotonspektrometeret (PHOS) i ALICE-eksperimentet er blitt intensivert i løpet av 2007, i takt med at oppstarten av LHC nærmer seg. Utlesningselektronikken er testet og optimalisert, og målet er å ha 3 komplette moduler ferdige i mars 2008. Den første kalibreringen av detektoren er utført basert på kosmiske stråling, med hjelp av software som er utviklet for høynivå-triggeren (HLT) i ALICE. Mer informasjon om det norske ALICE prosjektet (UiO og UiB) kan finnes på http://www.fys.uio.no/elg/alice/ Figuren viser en PHOS-modul med installert utlesningselektronikk. En ny silisiumdetektor utvikles nå for bruk i eksperimenter ved CERN. I stedet for å lage p-n overganger i et plan prosesseres vertikale p-n overganger inn i sensorene. Resultatet er meget strålingsbestandige sensorer med meget hurtig signaldannelse. SINTEF prosesserer nå slike sensorer, og i løpet av 2008 forventes disse sensorene å være tilgjengelige for testing. Forskere fra UiO har allerede foretatt omfattende tester av lignende sensorer prosessert i USA, og resultatene er meget lovende. 5
Videre integrasjon av sensorer og elektronikk utforskes i samarbeid med Max-Planck-Institut i München og med bidrag fra Interon AS i Asker, som har designet en testchip for å teste ut grunnprinsippene i denne typen integrasjon. Hensikten er å bruke 3D-prosesseringsmetoder for å øke integrasjonsnivået i slike detektorsystemer, med hovedmotivasjon å redusere tykkelsen betraktelig for systemene og øke effektiviteten. De første resultatene kan forventes i løpet av 2008. Intern del av årsrapporten (skal ikke legges ut på nettet) Utfordringer framover Det er et stort behov for å øke antallet dr. stipend på prosjektene, spesielt stipender som allokeres fra fakultetene til instituttene ved UiO og UiB. Dette blir spesielt viktig fra 2008 med tanke på mulighetene som byr seg når data fra LHC kommer, for å høste mest mulig av de store investeringer som er gjort i eksperimentene ATLAS og ALICE. Mange gode masterstudenter har nylig avsluttet sine studier eller vil avslutte i løpet av 2008-2009, og flere av disse burde være aktuelle for dr. gradsstudier. Langtidsbudsjett Følg malen for langtidsbudsjett (ligger på felles/admdir//årsrapport/år 2007/Maler for programmene). Fyll ut budsjett 2007, disp. budsjett 2007 og planer framover i henhold til nullvekst (dersom ikke annet er vedtatt). Lim inn følgende tabell fra langtidsbudsjettet (limes inn som bilde) 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 Sum Prosjektbevilgninger 583 10 729 24 549 32 602 17 508 5 835 0 0 0 0 91 806 Årets inntekter 12 695 14 950 16 250 16 250 16 250 16 250 0 0 0 0 92 645 Forbruk 525 9 709 23 065 31 648 18 922 7 144 714 71 7 1 91 806 Overføres ut 12 170 17 412 10 597-4 802-7 474 1 633 918 847 840 839 Avsetninger 12 112 16 333 8 034-8 318-9 576 839 839 839 839 839 Totalt disponibelt budsjett 12 695 27 120 33 662 26 847 11 448 8 776 1 633 918 847 840 Forbruk i forhold til disp. bud 4 % 36 % 69 % 118 % 165 % 81 % 44 % 8 % 1 % 0 % 6