Årsrapport 2008 Kjerne- og partikkelforskning/kjernpar (2006-2011) Året 2008 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 sto endelig denne maskinen ferdig, i en 27 km lang sirkulær tunnel 100 meter under jorda nær Genève, ved grensen mellom Sveits og Frankrike. Den meget vellykkede oppstarten av LHC 10. september genererte enorm oppmerksomhet i allmennheten og media. Alle de fire store eksperimentene detekterte partikkelstrålen som sirkulerte i maskinen, og det Grid-baserte datasystemet ble også benyttet til lagring og analyse av dataene. Dessverre oppsto det et teknisk problem på LHC 19.september under testing med større strømstyrker. Dette medførte en lengre driftsstans med feilsøking, reparasjon og uttesting. Ny oppstart forventes å finne sted i september 2009. 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 2008 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 ble 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). Økonomi og prosjektomfang Disponibelt budsjett i 2008: 16,1 MNOK Forbruk i 2008: 16,3 MNOK Programmets finansieringskilder i 2008: KD Antall og type prosjekter i 2008: Totalt 4 forskerprosjekter (tre hovedprosjekter +ISOLDE) Vurdering av måloppnåelse og faglige utfordringer Det norske ATLAS-prosjektet ble fullført i 2008. 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, spesielt i forbindelse med oppstarten av LHC 10. september. 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, 2008 Antall prosjekter: 4 Dr.gradsstipendiater: 3,3 årsverk, alle menn 2
Postdoktorstipendiater: 7,9 årsverk, herav 0,4 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 2009 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, 2008 Avlagte doktorgrader: 1 Vitenskapelige artikler med referee: 61 Vitenskapelige artikler uten referee: 21 Annen publisering/kommunikasjon: 22 publiserte foredrag fra internasjonale møter, 79 andre rapporter/ foredrag, 60 oppslag i massemedia, 16 brukerrettede formidlingstiltak, 36 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 ny oppstart av LHC i 2009 og de første fysikkresultater. Viktigste aktiviteter i 2008 Forskningsfaglige: 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 nå å skje i løpet av 2009, 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 2008 har fem dr. stipendiater (alle menn) og ti postdoc (ni 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. 10-15 norske studenter fra NTNU og en rekke høgskoler (HiB, HiST, HiM, HiG) har i løpet av 2008 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: I tiden frem mot oppstart av LHC arbeidet de norske CERN-forskningsmiljøene, i samarbeid med informasjonsavdelingene ved UiO og UiB og Forskningsrådet, under en felles strategi for å informere allmennheten og skape publisitet rundt CERN-forskningen, ikke minst med tanke på formidling til barn og ungdom. Driftsrelaterte aktiviteter: 3
Det er i 2008 avholdt to møter i styringsgruppen for de norske CERN-aktivitetene. Møtet i november ble avholdt på CERN, og styringsgruppen fikk et meget interessant innblikk i de norske aktivitene og bidragene til eksperimentene. 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. Arbeidsgruppen leverte sine anbefalinger i juni 2008, og CERNs Råd godkjente de foreslåtte endringene, som inneholder nye reguleringsmekanismer for å bedre den industrielle returen til dårlig balanserte land i tillegg til nye mekanismer for informasjon om strategisk viktige prototypekontrakter. Det er også opprettet en Norge-CERN arbeidsgruppe med representanter fra CERNs administrasjon, de norske delegater og ILO, Norges permanente delegasjon i Genève, samt norske CERN-ansatte og brukere. Siktemål med 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 Et historisk øyeblikk for LHC var 10. september 2008 da de første strålene ble guidet rundt akseleratoren. Alle de store eksperimentene ved LHC, deriblant ATLAS og ALICE, kunne registrere reaksjoner fra partikkelstrålene og viste dermed at detektorene er funksjonelle og klare til å studere de første kollisjonene når de kommer. Forskerne var sterkt involvert i å svare på interessen fra media rundt oppstarten av LHC. Både saker med positiv og negativ vinkling ble håndtert, og resultatet ble mer enn 400 registrete medieoppslag i løpet av noen uker rundt 10. september. Et utstrakt formidlingsarbeid ble gjort både i for- og etterkant av oppstarten, blant annet ved deltakelse med egen bod på Forskningstorget i Oslo 19.-20. september 2008. Både ansatte og studenter deltok i å møte folk og svare på spørsmål. Dette kom i tillegg til forskernes vanlige fokus på formidling, med deltakelse i den internasjonale MasterClass for partikkelfysikk, foredrag, omvisninger på CERN, m.m. 4
I påvente av oppstart og de første kollisjonene har medlemmene av HEPP-prosjektet hatt ansvar innen flere områder: Klargjøring, operasjon og overvåking av ATLAS indre detektor, kontroll av datakvalitet, distribusjon av data over Grid-nettverkene, 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. Siden tidlig i 2008 har datanettverkene tilknyttet ATLAS vært i drift slik de vil være under datatagning. Flere internasjonale dataøvelser har vært gjennomført, med sterk norsk deltakelse i flere ledd. HEPP-medlemmer, inkludert studenter, har deltatt i skiftarbeid for eksperimentet innen kvalitetskontroll av data, operasjon av deler av detektoren, Gridovervåkning og brukerstøtte for fysikkanalyse. Det nordiske felles datasenteret NDGF T1 (Nordic Data Grid Facility Tier 1) ble fullt ut operasjonelt i 2008. Med kun en femtedel av de ressursene som har vært tilgjengelige for andre Grid i ATLAS oppnådde NDGF T1 å bli ATLAS mest effektive system for prosessering og lagring av data. Effektiviteten for 2008 lå på tett opp til 98%. Figuren under viser vellykkede (grønt) og mislykkede (rødt) prosesser for de ulike datasentra i ATLAS, for en gitt 24-timers periode. Grunnen til denne suksessen ligger for en stor del i Grid-teknologien ARC (Advanced Resource Connector). ARC ble i 2008 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). ARC ble også fullt integrert i et av ATLAS' to hovedverktøy for fysikkanalyse på Grid, slik at både nordiske og andre fysikere har sømløs adgang til nordiske Grid-ressurser. 5
I 2008 ga ATLAS ut "Expected Performance of the ATLAS Experiment - Detector, Trigger and Physics", den grundigste dokumentasjonen av fysikkanalyse innen eksperimentet siden før byggingen startet. Flere medlemmer av HEPP-prosjektet leverte resultater til og var med i utformingen av denne 1852 sider lange artikkelen. Fulltekst: http://arxiv.org/abs/0901.0512. Det ble også gjort pionerarbeid innen supersymmetri-analyse i ATLAS, ved utarbeidelse av nye benchmark-scenarier som åpner for bedre, mer modell-uavhengige analysestrategier. Prosjektet Avansert instrumentering 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 operasjonsspenning og tåler høyere bestråling. Prosesseringen, som utføres i hovedsak ved SINTEF - Oslo, baserer seg på teknikker utvikler for produksjon av mikromekaniske systemer og ikke minst lang erfaring med mer konvensjonelle strålingsdetektorer. Prosjektdeltagerne utvikler, tester, bestråler 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 kan kunne brukes i større skala om 2-5 år, i nye eksperimenter ved CERN. De foreløpige resultatene i 2008 er meget lovende. I tillegg til dette undersøker man nye utlesningsmetoder for kalorimetre, for bruk i partikkelfysikkeksperimenter og ikke minst medisinsk avbildning. Prosjektet støttet 10-15 norske studenter med teknologibakgrunn som oppholder seg omtrent et år ved CERN i Genève 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 kollisjonen av elektroner og positroner ved ekstremt høye energier. Akselerasjonen er basert på å overføre energi fra en lavenergi intens stråle som går parallelt med høyenergistrålen. Målet er at teknologien skal være etablert om ca. 5 år. I 2008 ble denne typen teknologi testet i en testfasilitet på CERN med gode resultater, og man arbeider nå mot en designrapport i slutten av 2010. Dette prosjektet har også en nordisk dimensjon, siden svenske og finske forskere er nære samarbeidspartnere i prosjektet. Forskningen ved CERN er av en slik art at den kontinuerlig genererer ny teknologi som ligger i absolutt front og kan overføres til andre områder. Norge har som andre land utnevnt en teknologioverføringsliaison som arbeider med å hjelpe norske bedrifter og organisasjoner å ta i bruk CERN teknologier. Nytt i 2008 er et samarbeid med NTNU Entreprenørskap. 1. september 2008 inngikk NTNU og CERN en MoU som blant annet inneholder en aktivitet knyttet til syretesting av teknologiprosjekter ved CERN Technology Transfer. På bakgrunn av dette ble det i perioden 2. til 8. november arrangert mulighetsanalyse av 5 teknologiprosjekter med opphav fra forskningssenteret på CERN. I etterkant av dette oppholdet er det blitt etablert en norsk bedrift basert på en av ideene som ble evaluert. MoU-en inneholder også en avtale om at en til to studenter fra NTNU Entreprenørskap skal til enhver tid jobbe i teknologioverføringsgruppen på CERN. I løpet av året har en stor delegasjon fra StatoilHydro besøkt CERN. En rekke teknologier har blitt evaluert og noen er fortsatt under evaluering av dette selskapet. Slike besøk er nyttige da det er mulig å presentere mange CERN teknologier i løpet av noen få dager. 6
Norge har i løpet av året bedret sin industrielle retur betraktelig selv om det fortsatt er et stykke igjen til at vi får industrikontrakter tilbake tilsvarende vår medlemskontingent. Den kanskje viktigste kontrakten i løpet av året har vært en rammekontrakt med Tandberg på videokonferanseutstyr. CERN har valgt etter grundig evaluering å kun handle videokonferanseutstyr fra Tandberg i årene som kommer. Eksperter fra CERN har i løpet av året besøkt en rekke norske bedrifter for å finne nye leverandører. Stålverk, maskineringsbedrifter, kabelprodusenter, møbelprodusenter og en stolprodusent har blitt besøkt. 7