Årsrapport 2012 CERN-relatert forskning (CERN) (2012-2019) Året 2012 I 2009 startet verdens kraftigste partikkelakselerator, Large Hadron Collider (LHC) opp på CERN-laboratoriet nær Genève, i en 27 km lang sirkulær tunnel 100 meter under jorda. I løpet av 2012 er det samlet inn store mengder data fra alle de store eksperimentene ved LHC, deriblant ATLAS og ALICE, og dette har resultert i en lang rekke vitenskapelige publikasjoner. CERN kunngjorde 4. juli 2012 at to av eksperimentene på LHC (ATLAS og CMS) hadde oppdaget en ny elementærpartikkel, som kan være den mye omtalte Higgs-partikkelen. Denne partikkelen har vært forutsagt teoretisk og har en meget viktig rolle i fysikkens Standardmodell, der den er ansvarlig for å gi masse til de andre elementærpartiklene. Denne oppdagelsen har fått mye medieoppmerksomhet over hele verden. I februar 2013 stenges LHC for vedlikehold og oppgraderinger av både akseleratoren og eksperimentene, og når LHC startes igjen tidlig i 2015 vil det være med dobbelt så høy energi i partikkelkollisjonene. LHC vil gjennomgå periodiske oppgraderinger frem til 2020 og forventes å gi viktige data i mange år. Program for CERN-relatert forskning finansierer norsk deltagelse i ATLAS og ALICE, og rundt 120 personer fra miljøer ved UiB, UiO, NTNU og en rekke høgskoler utfører sin forskning ved CERN. Dette inkluderer teknologistudenter, masterstudenter, stipendiater og forskere. I løpet av 2012 er det nedlagt et stort arbeid av norske studenter og forskere med drift og overvåking av ATLAS- og ALICE-detektorene, samt utvikling av den elektroniske infrastrukturen som kreves for å håndtere, analysere og lagre de enorme datamengdene som genereres fra eksperimentene. De norske CERN-aktivitetene evalueres av et internasjonalt ekspertpanel, som gir anbefalinger for programmets videre innretning. Antall nordmenn (13) som er fast ansatt ved organisasjonens hovedkvarter i Genève er lavere enn hva man burde forvente i forhold til størrelsen på Norges medlemskontingent. Imidlertid har Norge 11 teknologistudenter, 4 doktorgradsstudenter og 4 fellows finansiert av CERN, og dette antallet er langt høyere enn medlemskontingenten skulle tilsi. Programmets mål Programmet for CERN-relatert forskning er et langsiktig følgeforskningsprogram, som har som hovedmål å sikre best mulig vitenskapelig utnyttelse av Norges CERN-medlemskap og de investeringene som er gjort i tidligere programperioder gjennom norske forskningsgruppers deltagelse i oppbygging av to store eksperimenter ved LHC, ATLAS og ALICE. For perioden 2012-2019 innebærer dette fortsatt finansiering av Norges andel av utgifter til drift og vedlikehold av ATLAS- og ALICE-detektorene, samt støtte til analyse av fysikkdataene. Programmet bidrar også 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. Gjennom ett av forskerprosjektene gis det støtte til at norske teknologistudenter kan oppholde seg på CERN og til en norsk Industry Liaison Officer (ILO), som skal fremme leveranser fra norsk industri til CERN. Programmet finansierer norske delegaters deltakelse i CERNs
styrende organer og vitenskapelige komiteer. De norske CERN-aktivitetene evalueres jevnlig av et internasjonalt ekspertpanel. I perioden 2012-2015 er aktivitetene konsentrert om tre hovedprosjekter, som må sees som videreføring og utvidelse av tre prosjekter fra forrige programperiode: 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). I tillegg finansierer programmet den årlige kontingenten for norske forskeres deltagelse i ISOLDE-konsortiet på CERN (kjernefysikk/kjernekjemi). Økonomi og prosjektomfang Disponibelt budsjett i 2012: 29,2 MNOK Forbruk i 2012: 21,2 MNOK (lønns- og prisjusteringer for tidligere år utbetales i 2013) Programmets finansieringskilder i 2012: KD Antall og type prosjekter i 2012: Totalt 4 forskerprosjekter Vurdering av måloppnåelse og faglige utfordringer Det norske ATLAS-prosjektet har deltatt aktivt i driften av eksperimentet og analysen av dataene, som blant annet ledet fram til kunngjøringen 4. juli 2012 om oppdagelsen av en ny elementærpartikkel, som kan være den mye omtalte Higgs-partikkelen. ALICE-prosjektet har også kommet med betydelige bidrag til det internasjonale samarbeidet om drift av dette eksperimentet og analysen av data fra kollisjoner med tunge ioner. 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, og dette toppet seg ved Higgs-kunngjøringen i juli 2012. Denne oppdagelsen vakte rekordartet interesse over hele verden og i alle mediekanaler. Alt i alt har prosjektene som støttes av programmet meget god framdrift, og dette bekreftes i rapportene fra det internasjonale ekspertpanelet. Nøkkeltall, 2012 Antall prosjekter: 4 Dr.gradsstipendiater: 6,4 årsverk, herav 1,3 kvinner Postdoktorstipendiater: 3,2 årsverk, alle menn Prosjektledere: 4 menn og 1 kvinne (dessuten har ATLAS-prosjektet kvinnelig medprosjektleder) <Det er rapportert inn flere prosjektledere enn prosjekter, i følge sentral statistikk. Må kvalitetssikres.> 2
Kommentarer til tallene: Antall postdoktorstipendiater er noe lavt ved starten på den nye programperioden, og det er planlagt å øke dette antallet i løpet av 2013. Med tanke på mulighetene som data fra eksperimentene ATLAS og ALICE vil gi i årene fremover, spesielt etter oppgraderingene i 2013-2014, er det sterkt ønskelig å øke antallet PhD-stipender på prosjektene, og spesielt stipender som allokeres fra fakultetene til instituttene ved UiO og UiB. Antall kvinner som arbeider innenfor dette fagfeltet er forholdsvis lavt, og dette gjenspeiles i kvinneandelen for både stipendiater og prosjektledere. Resultatindikatorer, 2012 Resultatindikatorer Antall Publisert artikkel i periodika og serier 219 Publisert artikkel i antologi <altfor høyt tall; sannsynligvis er dette foredrag på konferanser> 196 Publiserte monografier 2 Rapporter, notater, artikler, foredrag på møter/konferanser rettet mot prosjektets målgrupper 63 Populærvitenskapelige publikasjoner (artikler/bøker, debattbøker/-artikler, høringer, utstillinger, skjønnlitteratur etc) 4 Oppslag i massemedia (aviser, radio, TV ) 58 Kommentarer til tallene: CERN-prosjektene kan vise til betydelig vitenskapelig publisering på høyt internasjonalt nivå og stor utadrettet virksomhet. Viktigste aktiviteter i 2012 Forskningsfaglige: Hovedvekten av aktivitetene finansiert av programmet har vært drift, overvåking og analyse av fysikkdata fra eksperimentene ATLAS og ALICE, samt rekruttering av studenter og forskere. Det er viktig å ha nødvendig ekspertise og mange rekrutter til å høste av de nye og fundamentalt viktige data som kommer fra LHC-akseleratoren. Analyse av disse dataene 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 og ny fysikk. CERN kunngjorde 4. juli 2012 at to av eksperimentene på LHC (ATLAS og CMS) hadde oppdaget en ny elementærpartikkel, som kan være den mye omtalte Higgs-partikkelen. Denne partikkelen har vært forutsagt teoretisk og har en meget viktig rolle i fysikkens Standardmodell, der den er ansvarlig for å gi masse til de andre elementærpartiklene. I 2012 har 7 PhD-stipendiater (2 kvinner og 5 menn) og 4 postdoktorstipendiater (alle menn) vært finansiert av programmet. I tillegg arbeider et like stort antall PhD-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. 12 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 2012 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. 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. 3
I forbindelse med Higgs-kunngjøringen 4. juli 2012 ble en rekke norske CERN-forskere intervjuet, og Forskningsrådets tjeneste for medieovervåkning registrerte mer enn 200 oppslag i norske media av denne begivenheten. Driftsrelaterte aktiviteter: Divisjonsstyret for vitenskap (DSV) vedtok i juni 2011 at Program for CERN-relatert forskning videreføres i ny periode fra 2012 til 2019, med ny programplan. Ved oppstart av ny periode var årlig budsjett 22,5 mill. kr. Midler til nye prosjekter for perioden 2012-2015 ble utlyst med søknadsfrist 12. oktober 2011, og de norske CERN-miljøene sendte til sammen fem søknader med betydelig grad av koordinering mellom forskningsgruppene. I februar 2012 vedtok DSV bevilgning til tre nye prosjekter, samt dekning av kontingent til norske forskningsgruppers deltagelse i ISOLDE-konsortiet (kjernefysikk/kjernekjemi). Ett DSV-medlem erklærte seg inhabil og fratrådte ved bevilgningsvedtaket. 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. Det er i 2012 avholdt to møter i denne styringsgruppen. 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 2012. 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 Norske forskere ved Institutt for fysikk og teknologi, UiB og Fysisk Institutt, UiO har gitt viktige bidrag til søket etter Higgs-bosonet basert på analyse av data fra ATLAS-eksperimentet. Higgs-bosonet kan ikke observeres direkte, men gjennom de partikler som dannes når det henfaller. Partikkelfysikerne leter derfor etter Higgs-bosonet i flere mulige «kanaler». ATLASeksperimentet har observert mulige Higgs-henfall samtidig i flere kanaler og med høy statistisk signifikans, og dette peker mot oppdagelsen av en ny elementærpartikkel med egenskaper som er konsistent med Higgs-bosonets, slik de kan forutsies fra den såkalte Standardmodellen for partikkelfysikk. Resultatene fra ATLAS samsvarer også meget godt med resultater fra CMSeksperimentet på LHC og nylig publiserte resultater fra Tevatron-akseleratoren på Fermilab ved Chicago. Oppdagelsen av Higgs-bosonet kan være den siste brikke som gjør Standardmodellen komplett, men inspirerer også CERN-forskerne til å lete videre og utforske fysikk utenfor Standardmodellen. Dette er utfordringer som LHC og eksperimentene vil være meget godt rustet til å ta fatt på etter de planlagte oppgraderingene i 2013-2014, som vil gi dobbelt så høy energi i partikkelkollisjonene. ALICE-eksperimentet er designet spesielt for å måle egenskapene til den ekstremt tette og hete kjernematerien som genereres i kollisjoner mellom tunge blyioner med ultrarelativistiske energier. Urstoffet som eksisterte i det første mikrosekund etter Big Bang, universets fødsel, antas å ha vært et kvark-gluon-plasma med nær perfekt balanse mellom materie og antimaterie. Når blykjernene kolliderer i LHC, konsentreres så enorme energitettheter innen ørsmå volum at det skapes små dråper av urstoffet, som så gir seg til kjenne gjennom et bredt utvalg av målbare signaler. Plasmaet som produseres ved LHC oppfører seg som en nesten perfekt, ikke-viskøs væske. Viskositeten kan studeres ved å faktorisere plasmaets eksplosive, kollektive ekspansjon i Fourier-komponenter, der høyere komponenter blir mer synlige ved lavere viskositet. Videre 4
viser plasmaet seg å være vanskelig gjennomtrengelig for hurtige kvarker og gluoner, som materialiserer seg som konsentrerte partikkelskurer, jets, fra kollisjonene. 5