Plan for Program for CERN-relatert forskning Programperiode 2012-2019 1. Sammendrag Forskning innenfor partikkelfysikk og kjernefysikk gir kunnskap om materiens minste byggesteiner og vekselvirkningene mellom dem. CERN 1 -laboratoriet nær Genève er verdensledende innenfor høyenergi partikkel- og kjernefysikk og gir forskerne mulighet til å bygge forskningsinfrastruktur og utføre eksperimenter som de enkelte landene ikke ville ha mulighet til å realisere hver for seg. Norge har vært medlem av CERN siden organisasjonen ble dannet i 1954. Norges årlige medlemskontingent til CERN betales av Kunnskapsdepartementet (i 2011 er kontingenten ca. 180 mill. kr). I 2009 startet verdens kraftigste partikkelakselerator, Large Hadron Collider (LHC) opp på CERN, i en 27 km lang sirkulær tunnel 100 meter under jorda og med fire store detektorer plassert i områder der de to partikkelstrålene bringes til å kollidere. Forskningsrådets program for CERN-relatert forskning har i de tidligere programperioder finansiert norske forskningsgruppers deltagelse i oppbygning og drift av to av LHC-detektorene, ATLAS og ALICE. I tillegg har Forskningsrådet bidratt med ekstraordinær finansiering til utvikling av den elektroniske Grid-infrastrukturen som kreves for å håndtere, analysere og lagre de enorme datamengdene som genereres fra LHC-eksperimentene. 110-120 personer fra miljøer ved UiB, UiO, NTNU og en rekke høgskoler utfører sin forskning ved CERN. Dette inkluderer teknologistudenter, masterstudenter, stipendiater og forskere. Hovedmålet for programmet i perioden 2012-2019 er å sikre best mulig vitenskapelig utnyttelse av Norges CERN-medlemskap og investeringene som er gjort gjennom deltagelse i ATLAS og ALICE. Dette innebærer fortsatt finansiering av Norges andel av utgifter til drift og vedlikehold av ATLAS- og ALICE-detektorene, samt støtte til analyse av fysikkdataene. Programmet vil også bidra til finansiering av norsk deltagelse i nordisk felles datasenter (Tier- 1/Tier-2), som komponent i CERNs datanettverk Worldwide LHC Computing Grid (WLCG). Programmet støtter også utviklingsarbeid innenfor akseleratorteknologi og ny detektorteknologi. I siste halvdel av programperioden vil det bli aktuelt å bidra til oppgraderinger av ATLAS og ALICE for å utnytte høyere luminositet på LHC, mens de første fire årene er oppgraderingene kun begrenset til noen mindre systemer. 2. Bakgrunn 2.1 Strategiske perspektiver I Forskningsmeldingen Klima for forskning (2009) understrekes betydningen av moderne infrastruktur og internasjonalisering av forskningen. Internasjonalt samarbeid om infrastruktur fremheves som et viktig tiltak for å sikre høy kvalitet i forskningen. CERN 2 -laboratoriet nær Genève er verdensledende innenfor høyenergi partikkel- og kjernefysikk og gir forskerne mulighet til å bygge forskningsinfrastruktur og utføre eksperimenter som de enkelte landene ikke ville ha mulighet til å realisere hver for 1 European Organization for Nuclear Research 1
seg. Norge har vært medlem av CERN siden organisasjonen ble dannet i 1954. Norges årlige medlemskontingent til CERN betales av Kunnskapsdepartementet (i 2011 er kontingenten ca. 180 mill. kr). CERNs nyeste partikkelakselerator LHC (Large Hadron Collider) startet opp i 2009. LHC er verdens kraftigste partikkelakselerator, lokalisert i en 27 km lang sirkulær tunnel 100 meter under jorda og med seks store detektorer plassert i områder der de to partikkelstrålene bringes til å kollidere. 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 grunnforskningsprogram. Forskningsrådets program for CERN-relatert forskning har i de tidligere programperioder finansiert norske forskningsgruppers deltagelse i oppbygning og drift av to av LHC-detektorene, ATLAS og ALICE. I tillegg har Forskningsrådet bidratt med ekstraordinær finansiering til utvikling av den elektroniske Grid-infrastrukturen som kreves for å håndtere, analysere og lagre de enorme datamengdene som genereres fra LHC-eksperimentene. CERN-forskningen foregår i det vesentlige ved Universitetet i Bergen og Universitetet i Oslo, men også Høgskolen i Bergen deltar til en viss grad i eksperimentet ALICE. I tillegg arbeider studenter fra NTNU og en rekke høgskoler som teknologistudenter ved CERN. Forskningsrådet har etablert retningslinjer for finansiering av følgeforskning, som slår fast at behovet for strategisk finansiering av følgeforskning skal vurderes etter et gitt sett kriterier. Norsk medlemskap i CERN oppfyller alle de generelle vurderingskriteriene for storskala forskningsinfrastruktur. Deltakelse i CERNeksperimentene medfører at forskningsprosjektene må være av lang varighet og krever derfor forutsigbarhet i finansieringen. Data fra ATLAS og ALICE er nå tilgjengelige, og det er derfor viktig å videreføre programmet i en ny periode for best mulig å utnytte de betydelige investeringer som er gjort gjennom Norges årlige CERN-kontingent og deltagelse i oppbygging av ATLAS og ALICE. Således er to kriterier for allokering av strategiske følgeforskningsmidler klart oppfylt. CERN har etablert en europeisk strategi for partikkelfysikk, som utgjør en integrert del av ESFRIs veikart for europeisk forskningsinfrastruktur. Sentrale elementer i denne strategien er fremtidige oppgraderinger av LHC-eksperimentene og utvikling av teknologi for et globalt lineær-akseleratorprosjekt. Programplanen er basert på forskningsmiljøenes plandokumenter for programperioden og anbefalinger fra et internasjonalt ekspertpanel, som gjennomfører regelmessige evalueringer av de norske CERN-prosjektene. De norske CERN-miljøenes planer er i samsvar med en rekke av prioriteringene i den europeiske strategien for partikkelfysikk. For å få størst mulig utbytte av CERN-medlemskapet og programmets bevilgninger er avgjørende at institusjonene som deltar i CERN-eksperimentene gir høy prioritet til dette forskningsfeltet, både med tanke på stipendiater og ved tilsettinger i faste stillinger. 2
2.2 Faglige perspektiver Gjennom bevilgninger fra tidligere programperioder og institusjonenes egenbidrag har de norske CERN-forskningsgruppene gitt viktige bidrag til oppbygging, drift og vedlikehold av ATLAS og ALICE, og man har også forberedt norske studenter og stipendiater for forskningen som LHC nå gir mulighet til å utføre. De norske CERNprosjektene har utdannet betydelig flere stipendiater enn det som var målsettingen. Programmet har også gitt støtte til at norske teknologistudenter kan arbeide på CERN, til en norsk Industry Liaison Officer (ILO)/Technology Transfer Officer (TTO) som skal fremme norsk industri ved organisasjonen, samt til deltakelse i CERNs styrende organer og vitenskapelige komiteer. Etter oppstarten av LHC i 2009 er det samlet inn en stor mengde data fra alle de store detektorene ved LHC, deriblant ATLAS og ALICE, og dette har allerede resultert i en lang rekke vitenskapelige publikasjoner. Gjennom disse eksperimentene har fysikerne gjenoppdaget alle de kjente elementærpartiklene, og de har startet søket etter nye partikler (slik som det mye omtalte Higgs-bosonet) og ny fysikk. LHC forventes å gi viktige data i mange år. De norske forskningsgruppene deltar i store internasjonale konsortier, både i oppbygging, drift og vedlikehold av ATLAS og ALICE og i analyse av fysikkdataene. De norske gruppenes bidrag har fått meget gode evalueringer av det internasjonale ekspertpanelet. Disse gruppene fikk også meget høyt score i Fysikkevalueringen som ble gjennomført i 2009/2010. Fysikkevalueringen fremhever også CERN-forskningen som et eksempel på god nasjonal koordinering og arbeidsdeling. CERN-prosjektene kan vise til stor produksjon av vitenskapelige publikasjoner, mange uteksaminerte studenter, meget stor formidlingsvirksomhet og mediefokus. Fysikkevalueringen og den etterfølgende nasjonale oppfølgingsplanen understreker at det er avgjørende å videreføre og styrke program for CERN-relatert forskning og at høyeste prioritet må være å sikre utnyttelse av investeringene i ATLAS og ALICE. De teknologiske nyvinningene ved CERN har også gitt mange praktiske gevinster, for eksempel World Wide Web. CERN-deltagelsen har gitt bidrag til flere norske satsinger, bl.a. innen silisium-halvlederteknologi, detektorsystemer og kuldeteknologi. 3. Mål for programmet a. Hovedmål: Sikre best mulig vitenskapelig utnyttelse av Norges CERN-medlemskap og investeringene som er gjort gjennom deltagelse i ATLAS og ALICE. Analyse av fysikkdataene skal gi fundamental ny innsikt i materiens minste byggesteiner og deres vekselvirkninger. b. Delmål: Bidra til sentral norsk deltakelse i ATLAS- og ALICE-konsortiene. Bidra til finansiering av forskning av høy internasjonal kvalitet. Bidra til i gjennomsnitt 80-100 vitenskapelige publikasjoner årlig i anerkjente internasjonale tidsskrifter med peer review-ordning. Sikre rekruttering til fagfeltet ved årlig finansiering av minst 10 årsverk (PhD- og postdoktorstipend) i forskerutdanning. 3
Arbeide for større kvinneandel i rekrutteringsstillinger. Støtte internasjonalisering av norsk forskning gjennom deltagelse i detektorkonsortiene og utenlandsopphold for stipendiater. Vektlegge populærvitenskapelig presentasjon i media av prosjekter og oppnådde resultater. Bidra til utnyttelse av CERN-medlemskapet gjennom økt norsk industriell retur og indirekte til økt antall norske fast ansatte ved CERN gjennom rekruttering til fagfeltet. Finansiere norsk representasjon i CERNs styrende organer og vitenskapelige komiteer. 4. Prioritering av forskningsoppgaver a. Tematiske prioriteringer Sikre utnyttelse av investeringene i ATLAS og ALICE og bidra til drift og vedlikehold av disse eksperimentene, hvilket er regulert i Memorandum of Understanding (MoU) mellom Forskningsrådet og CERN. Analyse av data fra ATLAS og ALICE, med vekt på sentrale problemstillinger som f,eks. Higgs-mekanismen, mørk materie, kvark-gluon plasma og supersymmetri. Oppgraderinger av ATLAS og ALICE for å utnytte høyere luminositet på LHC vil være aktuelt i siste del av programperioden, og det forventes at de norske forskningsgruppene bidrar gjennom de respektive detektorkonsortiene. Finansiering av deltagelse i nordisk felles datasenter (Tier-1/Tier-2), som komponent i CERNs datanettverk Worldwide LHC Computing Grid (WLCG), må inkluderes innenfor programmets ramme fra 2012. Deltagelse i WLCG er regulert i Memorandum of Understanding (MoU) mellom Forskningsrådet og CERN. Utviklingsarbeid innenfor akseleratorteknologi og ny detektorteknologi. Dette er viktig for teknologiutnyttelse og rekruttering til CERN (inkludert teknologistudentprogram) og vil også være viktig som forberedelse til deltagelse i et eventuelt fremtidig lineær-akseleratorprosjekt og i European Spallation Source (ESS) som skal bygges i Lund. Teoriaktiviteter som støtter opp om analyse av data fra ATLAS og ALICE. Medfinansiering av teknologistudenter fra NTNU og en rekke høgskoler. Denne ordningen bidrar til at Norge har et forholdsvis høyt antall teknologistudenter ved CERN. På sikt kan dette bidra til rekruttering av nordmenn til faste stillinger ved CERN. Finansiering av norsk Industry Liaison Officer/Technology Transfer Officer (ILO/TTO, pålagt av Kunnskapsdepartementet), som skal arbeide for at norsk industri er informert om CERNs innkjøpsbehov og leverer anbud. Forskningsmiljøenes planer i perioden 2012-2019 omfatter også økt norsk deltagelse i CERN-eksperimentet ISOLDE (kjernefysikk) og oppbygging av nasjonal aktivitet innenfor astropartikkelfysikk. Innenfor en begrenset budsjettramme må programmet først og fremst sikre best mulig utnyttelse av de investeringer som er gjort og der det er inngått forpliktelser gjennom MoU. Prosjekter relatert til ISOLDE eller astropartikkelfysikk vil således ha lavere prioritet ved tildelinger fra programmet. 4
Det er lagt til grunn at programmet også i fremtiden skal være avgrenset til å støtte forskning rettet mot utnyttelse av CERN-medlemskapet. En konsekvens av dette er at forskning som benytter andre fasiliteter for kjerne- og partikkelfysikk, f. eks. i USA eller Japan, ikke støttes av programmet. b. Strategiske prioriteringer Programmet prioriterer deltagelse i internasjonal infrastruktur gjennom detektorkonsortiene og bidrar således til internasjonalisering av forskningen. Programmet bidrar til rekruttering til forskningsområdene partikkel- og kjernefysikk, men også indirekte til økt antall nordmenn i stillinger ved CERN. Prosjektsamarbeidet bidrar til nasjonal koordinering og arbeidsdeling, samt nettverksbygging både nasjonalt og internasjonalt. Programmet prioriterer forskerstyrte prosjekter av høy vitenskapelig kvalitet. Utvikling av ny teknologi til CERN-eksperimentene har stort potensiale for innovasjon, og Norges ILO vil arbeide for at norsk industri skal delta i teknologioverføring fra CERN. 5. Internasjonalt samarbeid CERN-forskningen er i sin natur internasjonal og tiltrekker seg de beste forskerne fra mange land, og de norske forskningsgruppene deltar i store internasjonale konsortier for oppbygging, drift og vedlikehold av detektorene. Dette gir studenter og forskere verdifull erfaring i å arbeide i et internasjonalt forskningsmiljø av meget høy kvalitet. De norske forskerne publiserer oftest sammen med de internasjonale gruppene i konsortiene. Norske CERNforskere bør oppfordres til å delta i søknader til EUs rammeprogrammer, noe som allerede skjer i økende grad i forbindelse med Grid-teknologi og detektor- og akselerator FoU. 6. Kommunikasjon og formidling De fundamentale spørsmålene som CERN-forskningen søker å besvare har appell i allmennheten, og oppstarten av LHC i 2009 fikk betydelig dekning i media. De norske CERN-forskerne har tatt ansvar for en rekke formidlingsaktiviteter, både gjennom massemedia og ved å arrangere nasjonale Master Classes for elever i videregående skole. Dette bidrar også til å øke interessen for naturvitenskap generelt. Det er viktig at informasjon og formidling konkretiseres i prosjektplanleggingen, og at det stilles konkrete og oppfølgbare krav til forskningsgruppenes formidling. Den faglige formidling må skje ved publikasjoner i anerkjente vitenskapelige tidsskrifter og presentasjoner i faglige internasjonale fora. Det skal gjennomføres regelmessige nasjonale seminarer og evalueringsmøter, der både forskere og studenter presenterer sine resultater. 7. Budsjett Programmet vil gi norske forskere mulighet til å delta med tyngde i CERN-forskningen, ved å følge opp forpliktelsene i forbindelse med ATLAS og ALICE og ved å delta aktivt i planlegging, utforming og implementering av oppgraderingen av disse. Programmet får en varighet på 8 år (2012-2019) for å gi norske forskningsmiljøer mulighet for langsiktig deltagelse i CERN-forskningen. Det bør gjennomføres en midtveisevaluering av programmet etter 4 år som bør kunne gi grunnlag for budsjettjusteringer. 5
Ved oppstart av ny periode er årlig budsjett 22,5 mill. kr. Som i tidligere programperioder skal den økonomiske rammen dekke MoU-relaterte kostnader til drift og vedlikehold av ATLAS og ALICE. Programmet dekker kostnader til delegatreiser for deltakelse i CERNs styrende organer og vitenskapelige komiteer. Norges deltagelse i nordisk felles datasenter (Tier-1/Tier-2) skal også inkluderes innenfor rammen. Det forventes at disse kostnadene vil øke i de kommende år, grunnet ny nordisk fordelingsnøkkel basert på antall brukere i de respektive nordiske landene. Det bør søkes løsninger for de økte kostnadene til Tier-1/Tier-2 gjennom optimal utnyttelse av, og samspill med, universitetenes øvrige dataressurser. Videre bør det utarbeides retningslinjer for hvordan en passende andel av slike driftsutgifter kan synliggjøres i alle relevante prosjekter med finansiering fra Forskningsrådet, også de finansiert utenfor CERN-programmet. 8. Forholdet til andre relaterte virkemidler i Forskningsrådet CERN-forskningens behov for finansiering av tungt vitenskapelig utstyr er relevant for Nasjonal satsing på forskningsinfrastruktur. Forskningsgruppene bør aktivt søke finansiering av stipendiatstillinger gjennom virkemidlet Fri prosjektstøtte. 9. Organisering Søknader til programmet vurderes av et internasjonalt fagpanel. Divisjonsstyret for Vitenskap fatter vedtak om bevilgninger til nye prosjekter. Det er nedsatt en styringsgruppe med strategisk og rådgivende funksjon, som bidrar til at CERN-prosjektene er forankret i ledelsen ved institusjonene som deltar i ATLAS og ALICE. Komiteen består av dekanene og instituttlederne fra UiB og UiO, samt representanter for prosjektlederne. 6