En artistisk tolkning av produktion av Higgspartiklar i en e+e- kolliderare.
Copyright: D Dominguez/CERN
Omfattande diskussioner inom partikelfysiksamhället har pågått under nästan två år (se t.ex. https://www.fysikersamfundet.se/strategin-for-europeisk-partikelfysik/) för att ge riktlinjer om partikelfysikens framtid. Detta ledde fram till att strategin för europeisk partikelfysik uppdaterades i juni 2020 av CERN:s råd. Strategidokumentets 20 rekommendationer täcker både det vetenskapliga programmet för fältet på kort och lång sikt men också partikelfysikens samverkan med samhället och miljön. Det betonar t.ex. vikten av samverkan med närliggande fält som astropartikelfysik och kärnfysik, medvetenhet om miljöaspekter, stöd till utåtriktad verksamhet och stöd till unga forskare inom fältet. För att uppnå målen i strategidokumentet betonas vikten av ett organiserat samarbete mellan CERN och andra laboratorier och institut både inom och utom Europa. Det uppdaterade strategidokumentet, tillsammans med ett bakgrundsdokument och rapporter från de arbetsgrupper som arbetat parallellt med processen, återfinns här: https://europeanstrategyupdate.web.cern.ch/resources.
Strategin betonar att CERN:s flaggskepp, Large Hadron Collider (LHC), och dess uppgradering till högre luminositet, har högsta prioritet. LHC beräknas leverera en storleksordning mer data från proton-proton kollisioner vid energier upp till 14 TeV till slutet av 2030-talet. Resultaten från LHC, både teknologiska landvinningar och fysikresultat, kommer att utgöra grunden för utvecklingen vid framtida acceleratorer.
European Strategy Group (ESG), som utarbetade det uppdaterade strategidokumentet, var helt enig om att nästa stora accelerator efter LHC bör vara en elektron-positron kolliderare. Dess fokus ska vara att producera stora mängder Higgsbosoner för att väsentligt öka precisionen i mätningarna av Higgsbosonens kopplingar till andra partiklar. Detaljstudier av den unika Higgsbosonen erbjuder möjligheter att upptäcka avvikelser från Standardmodellen och Higgssektorn har vidare kopplingar till många av de stora frågorna inom partikelfysiken och kosmologin.
ESG enades också om att man på sikt ska ha ambitionen att konstruera en accelerator som erbjuder protonkollisioner vid högsta möjliga energi, minst 100 TeV, både för att utöka och uppnå ytterligare precision av mätningarna inom Higgssektorn och för potentialen att upptäcka ny fysik vid högenergifronten. Att bygga en sådan accelerator innebär många tekniska utmaningar men också ekonomiska och politiska. Strategin rekommenderar därför att förutsättningarna för en proton-kolliderare som nästa stora accelerator på CERN ska undersökas innan det är dags för nästa strategiuppdatering som beräknas ske runt 2026. En sådan kolliderare skulle kunna ha en cirkulär elektron-positron-kolliderare som ett första steg. I CERN:s löpande femårsplan som antogs av CERN:s råd i september 2020 avsattes medel för en sådan undersökning. Några viktiga aspekter att arbeta med är de geologiska och politiska förutsättningarna att bygga en 100 km tunnel i området runt CERN, utvecklingen av supraledande magneter med ett fält på 16 Tesla för protonmaskinen, och inte minst att finna extern finansiering till tunnelbygget som inte ryms inom CERN:s budget.
Generellt betonar strategin vikten av bred forskning och utveckling för att möta framtidens utmaningar. När det gäller acceleratorteknologi är t.ex. medel avsatta i CERN:s budget för att fortsätta utveckla aspekter av en linjär elektron-positron kolliderare, för fortsatta studier av protondriven plasma-acceleration och för att studera möjligheter att bygga en kolliderare för myoner. Arbetet med att färdigställa vägkartor som stöd för en koordinerad utveckling av såväl accelerator- som detektorteknologier är i full gång. Inom datorteknologi och mjukvaruområdet krävs också utveckling för att klara utmaningen med de förväntade stora datamängderna. Det är också väsentligt med stöd för ett brett område av teoretisk fysik, från att göra precisionsberäkningar på modeller som direkt kan användas för att tolka experimentella data till utveckling av helt nya idéer.
Strategin tar också upp vikten av vetenskaplig mångfald, att utföra mindre projekt, t.ex. inom sökandet efter mörk materia, som kompletterar de stora kolliderarprojekten. Sådana projekt har stöd vid CERN och bör stödjas även vid andra laboratorier i Europa.
För vidare läsning rekommenderas senaste numret av CERN Courier (https://cerncourier.com/wp-content/uploads/2021/01/CERNCourier2021JanFeb-digitaledition.pdf) som innehåller flera artiklar som diskuterar strategin ur olika aspekter.
Kerstin Jon-And
Styrelseledamot, Fysikersamfundet