Onderzoeksproject P6/11 (Onderzoeksactie P6)
Doelstelling: Het verbeteren van ons begrip van de Fundamentele Interacties, langs een nauwere samenwerking tussen Belgische onderzoeksploegen die werken langs een theoretische en/of een experimentele invalslijn.
Fundamentele Interacties omvatten de elektrozwakke krachten, sterke (kern)krachten, en de zwaartekracht (gravitatie). Hun studie heeft als bedoeling de mechanismen bloot te leggen die de Natuur gebruikt op haar diepste niveau, tot aan de oorsprong van het Universum: dit onderzoekswerk situteert zich op de grens van de huidige kennis. In de vorige faze van dit IUAP programma, waaraan de meeste van de ploegen in de huidige aanvraag ook reeds deelnamen (IUAP V/27), werd er reeds een stap gezet naar nauwere samenwerking tussen experimentatoren en theoretici. Dit werd, met geestdrift, erkend in de zeer grondige ``ex-post’’ evaluatie, die haar lof voor de verwezenlijkingen van deze IUAP met een ``excellente’’ score op alle rubrieken ondersteunde.
Wij geven nu eerst een korte beschrijving van de activiteiten van de verschillende theoretische en experimentele groepen.
-Sommige groepen volgen een theoretische benadering (inclusief fenomenologische modellen) met de bedoeling de geobserveerde wisselwerkingen van elementaire deeltjes te begrijpen, en zelfs te voorspellen. Een fundamentele unificatie van gravitatie en ijktheorieën (bv. langs snaartheorie) zou het uiteindelijk te bereiken doel kunnen zijn. De voorspelling van nieuwe theoretische mogelijkheden, zoals bijkomende ruimtelijke dimensies of supersymmetrie, komen weldra experimenteel binnen bereik. Het is belangrijk deze connectie met experimenten te ontwikkelen om uit te maken hoe we de sporen van deze concepten op de meest efficiente manier zouden kunnen terugvinden in de data.
-De experimentele onderzoeksgroepen werken in grote internationale samenwerkingsverbanden, en maken gebruik van de meest krachtige versnellers en de meest recente detectieapparatuur om gegevens te verzamelen die dergelijke theorieëen testen, dan wel een andere benadering noodzakelijk maken.
Nieuwe wiskundige technieken (in het kader van snaar—en braantheorie) en nieuwe fenomenologische modellen worden aangepakt : op zoek naar de fundamentele oorsprong van de massa’s van de deeltjes, naar het mengen van de `smaken’ van de deeltjes, naar het verbreken van de CP-symmetrie. De theoretische invalshoek heeft baat bij voortdurende interactie met experimentele groepen.
We geven hiervan twee voorbeelden.
Na het LEP programma, dat de vectoren bestudeert die dragers zijn van de fundamentele interacties, bestaat de volgende stap voor CERN (met de Large Hadron Collider) in de zoektocht naar unificatiemechanismen. Het voornaamste doelwit, het boson van Brout, Englert en Higgs, is zowel de missende hoeksteen van de elektrozwakke unificatie als de deur naar onderzoek van meer fundamentele uitbreidignen. Waar het eigenlijke optekenen van data pas in 2007 of 2008 kan beginnen, moet toch de zoekstrategie ruim van tevoren worden uitgedacht. Een van de moeilijkheden daarbij is, het signaal dat de cruciale informatie bevat zichtbaar te maken tegenover een enorme achtergrond. De selectie en interpretatie van de data brengt de noodzaak met zich om speciaal dialoog tussen theoretici en experimentatoren, en dat reeds jaren van tevoren. Dit voorbereidende werk werd mede mogelijk door de vorige faze in onze IUAP, en hiervan moeten we in de huidige faze de vruchten kunnen plukken.
Een gelijkaardige situatie ontwikkelt zich in het IceCube neutrino-experiment, dat gesitueerd is in het Antarctische ijs en hoge energie signalen opvangt als gevolg van evenementen in de cosmos.
De `hardware’ voor dergelijke experimentele activiteiten wordt gedekt uit andere financieringsbronnen (FNRS, FWO, en geassocieerde fondsen). De financiering van deze IUAP laat toe een belangrijke activiteit te ontwikkelen in de (eveneens noodzakelijke) interpretatie van de data. Om dit te bereiken moet de bijdrage van theoretische groepen ontwikkeld worden bij het uitzoeken van cruciale signalen, en dat wordt mogelijk langs het voorliggende onderzoeksprogramma.
Postdoctorale onderzoekers spelen een cruciale rol in dit programma, omdat zij een sleutelrol hebben bij de uitwisselingen tussen onderzoeksgroepen. Het ontbreken van postdocposities is een veel voorkomend structureel gemis dat mede door de vorige IUAP faze werd opgevangen. Bijzondere aandacht ging daarbij uit naar de internationale recrutering, en het IUAP programma heeft de zichtbaarheid van de Belgische groepen op het internationale forum beslist vergroot.
Met de recente hervormingen in het Europese onderwijslandschap wordt de mobiliteit van onderzoekers heel wat verhoogd, reeds op het niveau van doctoraatsstudenten. We aanzien dit als een pluspunt, maar realiseren ons ook de implicatie: dat een groeiende fractie van onze potentiële doctoraatsstudenten in het buitenland zal gaan studeren. Om dit te compenseren moeten wij hoogwaardige buitenlandse doctoraatstudenten aantrekken die zich engageren in onze goed bekend staande doctoraatsopleidingen.
Om de hoogste kwaliteit te garanderen bij de recrutering zal een gemeenschappelijke raad beslissen over alle aanwervingen in dit programma.
Een verder aandachtspunt is `Outreach’, de bekendmaking van de wetenschappelijke activiteiten voor een groot publiek: wij aanzien het als een deel van onze plicht om dit publiek te informeren over de resultaten van dit spannende onderzoek. Een uitvloeisel daarvan is, dat ook sommige van de beste jonge studenten er toe aangezet worden later aan dat onderzoek deel te nemen.
De voorliggende aanvraag bevat nog een duidelijk nieuwe taak (WP 8). Een speciaal hieraan gewijd paneel zal worden opgezet om de perspectieven te onderzoeken voor
experimenteel en observationeel werk over de horizon van 2010 heen. Twee grote samenwerkingsverbanden (CMS en IceCube) zitten dan volop in de faze van dataverzameling: de constructie van deze detectoren is dan afgelopen. Daardor komt aanzienlijke topexpertise vrij voor andere taken. De bedoeling van het op te richten paneel is om een breed gamma van opties te onderzoeken, en te adviseren over een gemeenschappelijke strategie om de zoektocht naar de diepten van de fundamentele interacties verder te zetten. De besluiten van dit paneel zullen ter beschikking zijn van de hele gemeenschap.
Samenvattend; het uiteindelijke doel is ons begrip van Fundamentele Interacties te verbeteren; daartoe moeten we
- het potentieel van ieder van de onderzoeksploegen vergroten, voornamelijk in mankracht op postdoctoraal niveau;
- de samenwerkingsverbanden tussen de verschillende ploegen aanhalen;
- een betekenisvol aantal jonge wetenschappers opleiden tot uitstekende specialisten, met bovendien een brede kennis in andere gebieden, om de zoektocht naar de natuurwetten verder te zetten.
