preliminär version 14 juni: Vetenskapsrådets guide till infrastrukturen

Transkript

1 preliminär version 14 juni: Vetenskapsrådets guide till infrastrukturen Kartläggning och rekommendationer för svenska forskares tillgång till forskningsinfrastruktur på lång sikt. Första utgåvan, juni 2006

2

3 Innehåll Innehåll... 1 Förord Introduktion Bakgrund... 4 Kommittén för forskningens infrastrukturer KFI... 4 Varför en plan?... 4 Begreppet forskningsinfrastruktur definition och avgränsningar... 4 Arbetet med planen, bedömningskriterier, framtida uppdatering Allmänna förutsättningar för infrastrukturer... 6 Kategorisering av forskningsinfrastrukturer och deras tillgänglighet för svenska forskare... 6 Förutsättningar för forskningsinfrastruktur miljö, kompetens och finansiering... 7 Utveckling av paneuropeisk infrastruktur Rekommendationer... 8 Generella rekommendationer... 8 Högsta prioritet: Redan beslutade infrastrukturer under uppbyggnad... 9 Hög prioritet: Forskningsinfrastrukturprojekt mogna för ställningstagande inom ett år Infrastrukturer eller områden med stor potential Långsiktiga förslag av paneuropeiskt intresse Infrastruktur för astronomi och subatomär forskning (bg1) Astronomi och astropartikelfysik Fusion Högenergifysik Kärnfysik Sammanställning och behov av forskningsinfrastruktur Rekommendationer Infrastruktur för molekyl-, cell- och materialforskning (bg2) Synkrotronljusforskning Frielektronlasrar Neutronspridning Renrum och nanolaboratorier Biomedicinsk infrastruktur Planerade infrastrukturer mogna för beslut inom ett år Infrastruktur för forskning kring jorden och dess nära omgivning (bg3) Sammanfattning Ansvarsområde Heta vetenskapliga frågeställningar Behov av infrastrukturer Rekommendationer till nya infrastrukturer Sammanställning av infrastrukturer Infrastruktur för e-science (bg4) Infrastrukturer inom KFI e-science: Datanät Beräkningsresurser Digitaliserade forskningsdatabaser Tidsplan och rekommendationer Bilaga: Akronymer Sidan 1 av 86

4 Förord I januari 2005 inrättades KFI, kommittén för forskningens infrastrukturer, vid Vetenskapsrådet. KFI:s huvuduppdrag, som beslutats av Vetenskapsrådets styrelse, är att främja och stödja uppbyggnad och utnyttjande av infrastruktur för svensk forskning av högsta vetenskapliga kvalitet inom Vetenskapsrådets ämnesområden. Styrelsen vill samla ansvaret för ärenden avseende forskningsinfrastrukturer i denna nya kommitté för att få en större tydlighet i hanteringen av infrastrukturärenden och åstadkomma en bättre planering med större långsiktighet och inte minst en samlad internationell överblick. Ett led i uppdraget till KFI är att svara för en långsiktig, rullande, strategisk planering avseende stöd till planering, utveckling, uppbyggnad, drift och avveckling av infrastrukturer med olika detaljeringsgrad för olika tidsperspektiv. En aktuell plan ska redovisas för Vetenskapsrådets styrelse i juni varje år. Perspektivet för verksamheten ska omfatta investeringens hela livslängd och ta hänsyn till driftkostnader och kompetensbehov. Denna rapport har tagits fram av KFI och dess fyra beredningsgrupper, som ansvarar för bevakning av infrastrukturen inom följande områden 1) astronomi och subatomär forskning 2) forskning om molekyler, celler och material 3) forskning om jorden och des nära omgivning 4) e-vetenskap eller e-science. Beredningsgrupperna har gjort en inventering av såväl existerande infrastruktur som planer och behov av infrastruktur inom respektive område och fört fram rekommendationer till KFI. I arbetet har experter och representanter för forskarsamhället engagerats i olika väsentliga frågor. Diskussion har även förts med universitetsledningarna under våren Tyngdpunkten i rapporten ligger på breda områdesöversikter där forskningsinfrastrukturen, både den existerande och planerad ny infrastruktur, sätts i sitt sammanhang. I rapporten förs också fram ett antal rekommendationer där mogna infrastrukturprojekt med stor betydelse för framtida forskning identifieras. Dessutom pekas i rapporten ut ett antal viktiga områden där utredningar snarast behöver göras för klargöra hur infrastrukturen kan byggas upp, förbättras, ordnas eller effektiviseras. Inom Europa finns det för närvarande ett stort fokus på forskningens infrastruktur där man inom ramen för European Strategy Forum on Research Infrastructures (ESFRI) arbetar med en roadmap för paneuropeisk forskningsinfrastruktur, som ska publiceras i oktober Det blir särskilt viktigt för Sverige att ta del av detta arbete och förhålla sig till denna första plan för gemensam europeisk forskningsinfrastruktur. Stockholm 7 juni 2006 Lars Börjesson, huvudsekreterare KFI Madelene Sandström, ordförande KFI Sidan 2 av 86

5 1. Introduktion En tendens inom många vetenskapsområden är att gemensam forskningsinfrastruktur, alltifrån avancerade acceleratoranläggningar till beräkningsresurser, datanät och öppna databaser, får allt större betydelse för forskares möjligheter att bedriva ledande forskning. Ofta är infrastrukturen och dess prestanda helt avgörande för forskningens framsteg. Några exempel: Omfattande databaser är en förutsättning för stora delar av den samhällsvetenskapliga forskningen Kunskapen om materiens innersta beståndsdelar är helt avhängig partikelacceleratorer Kunskapen om universum och dess utveckling är beroende av observationer med olika typer av teleskop Kunskapen om molekylers och materials atomära struktur och funktion är beroende av en hel rad av metoder, där infrastrukturer för synkrotron- och neutronstrålning spelar en avgörande roll Möjligheterna att utforska polartrakterna och havsbottnarna är beroende av forskningsfartyg Klimatforskningen är beroende av globala detektionssystem för att följa klimatförändringar Högpresterande datorer är avgörande för vår förmåga att analysera omfattande dataset eller simulera förlopp inom de flesta vetenskapsområden Verktygen för forskningen har ofta blivit så avancerade, dyrbara eller komplexa att samverkan mellan aktörer med kompletterande kompetenser i en region, nationellt, internationellt eller globalt, har blivit nödvändigt för konstruktion, drift eller funktion av infrastrukturen. En noggrann och långsiktig planering och prioritering av infrastrukturer är väsentlig för forskningens utveckling, eftersom infrastrukturen ofta öppnar nya och unika möjligheter för forskningen men även innebär omfattande investeringar och långsiktiga åtaganden i form av drift och uppgradering. I flera länder pågår strategiska arbeten med att ta fram s.k. roadmaps for forskningsinfrastruktur. I USA har detta nyligen gjorts bl.a. av Department of Energy (DOE) 1, National Science Foundation (NSF) 2, och National Institutes of Health (NIH) 3. I Europa pågår ett omfattande arbete för att ta fram en roadmap för pan-europeisk forskningsinfrastruktur för alla forskningsområden inom European Strategy Forum on Research Infrastructures (ESFRI) 4. ESFRI:s roadmap blir klar under hösten Storbritannien 5 har nyligen tagit fram en roadmap för forskningsinfrastruktur och Danmark har nyligen gjort en omfattande inventering av befintlig forskningsinfrastruktur samt framtida behov 6. Detta dokument utgör Vetenskapsrådets första långsiktiga plan för forskningsinfrastruktur. Det kommer att utgöra ett väsentligt underlag för diskussioner om finansiering av framtida infrastruktur, dels nationellt men även med andra finansiärer samt med andra länder för gemensam internationell infrastruktur Sidan 3 av 86

6 2. Bakgrund Kommittén för forskningens infrastrukturer KFI Vetenskapsrådets kommitté för forskningens infrastrukturer, KFI, har till uppgift att främja och stödja uppbyggnad och utnyttjande av infrastruktur för svensk forskning av högsta vetenskapliga kvalitet inom Vetenskapsrådets ämnesområden. Verksamheten innefattar utlysning och beredning av ansökningar, deltagande i internationella samarbetsorganisationer, uppföljning, utvärdering samt strategiskt arbete. Till sin hjälp har kommittén fyra beredningsgrupper för infrastrukturer avseende 1) astronomi och subatomär forskning 2) forskning om molekyler, celler och material 3) forskning om jorden och dess nära omgivning 4) e-vetenskap eller e-science. Varför en plan? KFI verkar för att svenska forskare ska få tillgång till och kan delta i utveckling av infrastruktur för forskning av högsta kvalitet inom alla vetenskapsområden. Den långsiktiga plan, som nu presenteras i denna rapport, är ett led i det arbetet. Planen ska ses som en aktuell översikt över behovet av forskningsinfrastruktur för en svensk grundforskning i världsklass i ett tidsperspektiv av tio till tjugo år framåt i tiden. Planen pekar på behov av utveckling av ny infrastruktur, rekommenderar uppgradering av existerande infrastruktur och utfasning av infrastruktur som inte kommer att vara konkurrenskraftig. Den identifierar även områden eller faciliteter för vilka ytterligare utredningar behöver göras. Planen ska vara långsiktig men rullande, d.v.s. den ska uppdateras regelbundet för att inkludera ny utveckling eller resultat av nya utredningar eller utvärderingar. Planen kommer att användas vid strategiska diskussioner inom Vetenskapsrådet, med olika aktörer som forskarsamhälle, universitet, och forskningsfinansiärer inom och utom landet. Planen kommer att utgöra ett övergripande underlag inför beslut om finansiering eller avveckling av infrastrukturer. Den ska alltså inte ses som en strikt prioriteringslista eller som ett löfte om finansiering. Beslut om finansiering av forskningsinfrastruktur är i många fall beroende av samfinansiering från flera aktörer och mer detaljerade utredningar eller utvärderingar behöver göras inför beslut. Begreppet forskningsinfrastruktur definition och avgränsningar Med forskningsinfrastruktur menas till exempel forskningsanläggningar, databaser, samarbetsorganisationer eller omfattande datanät. Infrastrukturer för grundläggande forskning som faller inom KFI:s ansvarsområde ska helt eller delvis uppfylla följande generella kriterier: är av brett nationellt intresse ger förutsättningar för världsledande forskning utnyttjas av ett flertal forskargrupper/användare med högt kvalificerade forskningsprojekt är så omfattande att enskilda grupper inte kan driva dem på egen hand har en långsiktig planering för vetenskapliga mål, finansiering och utnyttjande är öppet och enkelt tillgängliga för forskare och ha en plan för hur tillgängligheten ska förbättras (gäller både utnyttjande av infrastrukturen, tillgång till insamlade data och presentation av resultat) Sidan 4 av 86

7 Utöver de generella kriterierna kan andra aspekter ha betydelse, till exempel infrastrukturens forskningsstrategiska betydelse, att den är avgörande för kompetensuppbyggnad eller andra speciella förutsättningar. Den forskningsinfrastruktur KFI ansvarar för i dagsläget är till stor del given av Vetenskapsrådets (och dess föregångares) tidigare åtaganden. Exempelvis hanterar KFI i nuläget inte bibliotek och museisamlingar eller arkiv för olika typer av klimatdata trots att de i en vidare mening och i vissa fall skulle kunna klassas som infrastruktur enligt ovanstående allmänna kriterier. Utvidgning av Vetenskapsrådets ansvarsområden för infrastruktur utanför dagens avgränsningar behöver normalt åtföljas av motsvarande utvidgade möjligheter till finansiering. Det är dock viktigt att framhålla att en plan för forskningens utnyttjande av infrastruktur inte kan eller skall bortse från att forskning också är beroende av infrastruktur som hanteras och/eller finansieras av andra myndigheter och organisationer än Vetenskapsrådet. KFI avser därför att fortsättningsvis föra en utökad dialog med dessa om status och planer för utvecklingen av sådana infrastrukturer som har särskild betydelse för forskning av hög kvalitet inom alla forskningsområden. I den föreliggande rapporten ligger ett tydligt fokus på infrastrukturer för grundforskning. Det finns dock betydande infrastrukturer av stort värde för olika typer av tillämpad eller riktad forskning som inte har behandlats i denna rapport. Dessa kan i flera fall också vara intressanta att utnyttja för grundläggande forskning. Arbetet med planen, bedömningskriterier, framtida uppdatering Första steget i arbetet med planen var en inventering av befintlig och planerad infrastruktur samt behov av nya satsningar. KFI:s fyra beredningsgrupper har gjort områdesöversikter inom sina respektive områden. Förutom kartläggning av befintliga och planerade infrastrukturer innefattar de också behovsanalys och en bedömning av vad som tekniskt-vetenskapligt kan förverkligas. Slutligen har beredningsgrupperna gett övergripande rekommendationer inom respektive område. Som ett led i arbetet har KFI bl.a. arrangerat hearings om svenskt deltagande i röntgenfrielektronlasern XFEL i Hamburg, kärnfysikanläggningen FAIR i Darmstadt, framtidsseminarier om European Spallation Source som föreslås byggas i Lund, samt om grid-teknologins utveckling och användning. KFI:s beredningsgrupper har under framtagandet av områdesöversikter och rekommendationer inhämtat underlag i form av vetenskaplig information, tekniska och ekonomiska råd och synpunkter från olika instanser samt tagit del av utvärderingar och utredningar. Ett tidigare utkast av planen har även gått på remiss till Vetenskapsrådets ämnesråd för synpunkter. Universitetsledningarnas synpunkter har inhämtats vid besök vid de större universiteten och högskolorna. De universitet och högskolor som besökts är Chalmers tekniska högskola, Göteborgs universitet, Linköpings universitet, Karolinska Institutet, Kungliga tekniska högskolan, Lunds universitet, Stockholms universitet, Umeå universitet, Uppsala universitet. Diskussioner med fler universitetet och högskolor planeras under andra halvåret I början av maj presenterades en preliminär version av planen vid ett möte i Stockholm. Samtidigt öppnade ett diskussionsforum på Vetenskapsrådets webbplats där alla intresserade kunde lämna synpunkter under tio dagar. KFI har tagit del av alla synpunkter; vissa av dem har kunnat arbetas in i denna version av planen, andra behöver utredas eller diskuteras ytterligare. KFI har därefter gjort en sammanvägd bedömning av de långsiktiga behoven av forskningsinfrastrukturer. Bedömningen avser det vetenskapliga intresset för infrastrukturer för forskning av högsta kvalitet inom Vetenskapsrådets alla ämnesområden. Specifika bedömningar görs kring angelägenheten av existerande och planerade infrastrukturer som nått tillräcklig Sidan 5 av 86

8 mognad i planeringen (dvs har en väl utvecklad vetenskaplig motivering och teknisk plan för utformning), medan det för vissa områden eller problemställningar krävs vidare utredningar. Planen har ett perspektiv på ca år och kommer att revideras årligen. Preliminärt kommer en reviderad version att finnas tillgänglig under sommaren Slutsatserna i den planeras att ingå i Vetenskapsrådets underlag för nästa forskningsproposition. 3. Allmänna förutsättningar för infrastrukturer Kategorisering av forskningsinfrastrukturer och deras tillgänglighet för svenska forskare Det finns många benämningar på olika typer av forskningsinfrastruktur som är mer eller mindre väldefinierade. I KFI:s arbete har vi stött på bl.a. forskningsanläggning, internationella och nationella anläggningar, nationell resurs, core facilities, teknikplattformar, kompetenscentra, osv. Vissa av begreppen används olika vid olika tillfällen. KFI har därför valt att göra en kategorisering som passar för arbetet med den långsiktiga planen. Infrastrukturer för forskning kan delas upp på kategorier baserade på tillgänglighet för svenska forskare och hur ansvaret för drift och utnyttjande regleras. Kategorierna är då oberoende av kostnader och forskningsområde. Det medför att tekniskt liknande infrastrukturer kan falla i olika kategorier beroende på hur deras användning regleras. Exempelvis skulle en utrustning placerad vid ett universitet och som främst används av forskargrupper verksamma där inte tillhöra samma kategori som en identisk utrustning vars tillgänglighet styrs av vetenskaplig prioritering efter ansökan från en bred användargrupp. Kategorierna sammanfattas enligt: A. Infrastrukturer som drivs under internationell konvention. B. Infrastrukturer som drivs i internationell samverkan och som är öppet tillgängliga. C. Utrustning eller databaser på nationell nivå som är öppet tillgängliga för alla forskare. Vid begränsad resurs fördelas tillgång till faciliteten efter kvalitetsprioritering. D. Nätverk av noder av Typ E (nedan) på nationell nivå som verkar för öppen tillgänglighet bland forskare samt specialisering och komplementaritet mellan noderna. E. Utrustning eller databaser som används gemensamt av forskargrupper främst vid en fakultet eller större institution. F. Större utrustning i en forskargrupps laboratorier eller databas på forskargruppsnivå. Används företrädesvis av forskargruppen, men kan även delvis användas i samarbeten med andra forskargrupper. Svenska myndigheter stödjer och administrerar forskningsinfrastrukturer inom alla kategorier men stödet hanteras olika. Kategori A hanteras av oftast av myndigheter men beslut om medverkan fattas av regeringen och är i form av avtal mellan stater. Kategori B hanteras, finansieras och beslutas oftast av myndigheter. Kategori B och C stöds oftast av myndigheter och andra forskningsfinansiärer i samarbete med universitet och högskolor. Stödet från Vetenskapsrådet till kategorierna E och F är normalt som bidrag till dyrbar vetenskaplig utrustning eller till databaser. Sidan 6 av 86

9 I vissa fall har en samordning gjorts för att göra kategori E och F faciliteter mer öppna för gemensamt nationellt användande, t.ex. genomförd för laboratorier för nanoforskning (my-fab), beräkningsresurser (SNIC) och av databaser för forskning inom medicin och samhällsvetenskap (DISC/SIMSAM). Flera internationella och större nationella infrastrukturer använder sig idag av öppen utlysning där användning av faciliteten sker efter kvalitetsprövning i konkurrens. Erfarenheten visar på att utvecklingen av infrastrukturen och forskningen som utförs där vinner på att de bästa projekten får tillträde oavsett vilket land eller organisation användaren kommer från. Förutsättningar för forskningsinfrastruktur miljö, kompetens och finansiering För att en forskningsanläggning, ett nätverk, en databas eller en annan gemensam facilitet för forskning ska kunna utnyttjas så effektivt som möjligt räcker det inte med avancerad teknik och samordning, miljön kring infrastrukturen måste också uppfylla vissa krav. Det kan exempelvis gälla olika typer av kompetens, specialiserade byggnader för vissa infrastrukturer och verkstäder för konstruktion och reparation av utrustning. De universitet eller organisationer som huserar en större forskningsinfrastruktur behöver uppfylla krav på kompetensförsörjning, bl.a. genom att tillgodose behoven av teknisk- och driftspersonal. Det är också viktigt att infrastrukturen och användningen av den kan utvecklas kontinuerligt. Detta kan ske genom att knyta forskning vid universitet till infrastrukturutvecklingen eller forskar- och/eller användarskolor till de större infrastrukturerna. De personer som tar på sig uppgiften att utveckla en ny avancerad infrastruktur ger ett ovärderligt bidrag till forskningens framtid. Tyvärr innebär det i många fall att den egna framtida forskarkarriären kan riskera att halka efter. Hur detta ska lösas måste utredas närmare, men man kan tänka sig att den som svarar för infrastruktur inte enbart gör detta utan ges möjligheter till att avsätta egen tid för forskning samt att olika infrastrukturuppdrag bättre tillgodoräknas i meriteringen vid tillsättning av akademiska tjänster. För att infrastrukturer vid universitet eller andra organisationer ska kunna fungera väl och utnyttjas effektivt gäller det att tidigt komma överens om former för finansieringen, inte bara för uppbyggnaden utan också för drift och avveckling. Vad ska täckas av extern finansiering, universitetet andra finansiärer respektive forskare? Olika kategorier av infrastrukturer kräver olika former för finansiering. Exempelvis är finansieringen av drift för infrastruktur av kategori E-F (se avsnitt om kategorisering av infrastruktur) oftast universitetets egna ansvar. Däremot bör driften av infrastruktur med stort nationellt intresse och som är öppet tillgänglig för forskare oavsett universitetstillhörighet kategori A-C kunna finansieras till avsevärd del av forskningsråd. Kategori D hamnar här i ett mellanläge. Utveckling av paneuropeisk infrastruktur Inom Europa, liksom i USA och andra delar av världen, finns det för närvarande ett stort fokus på forskningsinfrastruktur. Ett exempel på det är att man inom ramen för European Strategy Forum on Research Infrastructures (ESFRI) arbetar med en roadmap för paneuropeisk forskningsinfrastruktur. Dokumentet tas fram av 15 expertgrupper inom områdena fysik och teknikvetenskap, bio- och medicinska vetenskaper samt humaniora och samhällsvetenskap. Expertgrupperna kommer att rekommendera ett antal infrastrukturer inom respektive område som ska förverkligas. För att komma med på den europeiska listan måste ett land ha föreslagit anläggningen och dessutom vara berett att ta ledningen i realiseringen av den. Expertgruppernas bedömningar är nu klara och ESFRI:s sammanvägda roadmap ska publiceras i oktober Sidan 7 av 86

10 Det är viktigt för Sverige att noga ta del av detta arbete och förhålla sig till denna första plan för gemensam europeisk forskningsinfrastruktur. Flera av de föreslagna infrastrukturerna är avsedda att användas inom forskningsområden där Sverige idag intar en ledande ställning. Genom att aktivt delta i utformningen av dessa kan vi säkerställa att svenska forskare får tillgång till mycket konkurrenskraftig infrastruktur och har möjlighet att vässa sin kompetens genom att delta i utvecklingen. I vissa fall kan det vara aktuellt att ansluta eller etablera svenska faciliteter till dessa paneuropeiska infrastrukturer i form av lokala noder. Ny forskningsinfrastruktur är ofta teknikdrivande och det är viktigt för både teknisk och metodutveckling i Sverige att svenska forskare, doktorander och även studenter ges möjlighet att ta del av den senaste teknologin vid de mest avancerade faciliteterna. Eftersom den europeiska planen blir offentlig efter den svenska har KFI-ledamöterna så långt det varit möjligt tagit del av expertgruppernas preliminära rekommendationer och försökt bedöma deras intresse för det svenska forskarsamhället. Inför nästa version av den svenska planen kommer en noggrann och mer ingående hänsyn att kunna tas till de europeiska prioriteringarna. Den reviderade långsiktiga svenska planen väntas vara färdig sommaren Ett antal av de infrastrukturer som funnits med i ESFRI:s expertgruppers diskussioner sedan ESFRI:s List of opportunities och som bedöms vara särskilt intressanta för svenska användare beskrivs under rubriken Rekommendationer, se nedan. Det är sannolikt fler av de slutliga infrastrukturerna som kommer att vara av stort intresse för svenska forskare, speciellt så har flera av infrastrukturerna som föreslås inom livsvetenskaperna och humaniora-samhällsvetenskaperna varit mindre etablerade på pan-europeisk nivå innan ESFRI processen. 4. Rekommendationer I beredningsgruppernas arbete med områdesöversikter har, förutom de existerande infrastrukturer som kartlagts, ett antal infrastrukturprojekt eller områden med olika grad av mognad och behov av åtgärder identifierats. Dessa har delats in i: redan beslutade infrastrukturer som är under uppbyggnad; infrastrukturprojekt mogna för ställningstagande inom ett år; infrastrukturer eller områden med stor potential samt långsiktiga förslag av paneuropeiskt intresse. Förslagen finns mer detaljerat beskrivna i områdesöversikterna där de också sätts i sitt sammanhang. Nedan ges ett antal allmänna rekommendationer samt rekommendationer inom kategorierna ovan. Det är viktigt att ha i åtanke att planen kommer att revideras årligen och att händelser och utredningar under det kommande året kommer att påverka den uppdaterade versionen. Generella rekommendationer Vid finansiering av forskningsinfrastruktur ska en lämplig balans eftersträvas mellan investering i infrastruktur samt drift och användning för forskning. Denna balans kan se olika ut i olika områden. Samordning av forskningsinfrastruktur ska ske inom alla forskningsområden där så är möjligt. Detta är väsentligt för ett effektivt resursutnyttjande och samordning av kompetenser. Forskningsinfrastruktur bör göras så öppet tillgänglig som möjligt för andra forskare. Där efterfrågan på användningen är stor bör om möjligt prioriteringssystem användas så att forskning av den högsta kvalitén i första hand kan använda faciliteterna. System bör införas som i Sidan 8 av 86

11 möjligaste mån ger öppen tillgänglighet till data som produceras vid forskningsinfrastrukturer efter viss karenstid. I planeringen av ny infrastruktur ska en diskussion ske om hur och i vilken grad den relaterar till annan infrastruktur som planeras internationellt. Det blir särskilt väsentligt inför nya satsningar att relatera till ESFRI:s roadmap för pan-europeisk infrastruktur Högsta prioritet: Redan beslutade infrastrukturer under uppbyggnad Det är viktigt att fullfölja de infrastrukturprojekt som är under uppbyggnad där Sverige eller Vetenskapsrådet redan förbundit sig att delta. Det är också väsentligt att det planeras för dessa infrastrukturers drift och användning för högkvalitativ forskning. KFI har identifierat följande pågående projekt: Atacama Large Millimeter Array (ALMA). (Kat A) Världsledande radiointerferometerteleskop under uppbyggnad i norra Chile av Europa, Nordamerika och Japan. ALMA beräknas bli taget i drift omkring Svenska astronomer från Onsala är engagerade i konstruktionen av flera detektorer till projektet. En gemensam nordisk plattform för utnyttjande av ALMA diskuteras. DISC (Database InfraStructure Committee). (Kat C) Nyligen inrättad organisation med uppdrag att ta ett övergripande ansvar för forskningsdatabaser som infrastruktur inom i första hand samhällvetenskap och medicin med fokus på individbaserade s.k. mikrodata för världsledande forskning inom området samhälle, ekonomi och hälsa. VR-finansiering ,4 Mkr, Mkr, ,5 Mkr. Utvärdering IceCube. (Kat B) Världens ledande teleskop för neutrinofysik är under uppbyggnad vid sydpolen av USA, Tyskland, Sverige och Belgien. IceCube byggs successivt ut och beräknas stå klart runt 2010, men används redan nu under konstruktionsfasen. Driftsfasen som startar 2007 kräver nya resurser och Sveriges del av dessa är beräknade till ca 1 Mkr/år. ITER. (Kat A). Fusionsanläggning som blir bryggan mellan dagens plasmafysikstudier och morgondagens energiproducerande fusionskraftverk. ITER byggs i Cadarache i södra Frankrike i samarbete mellan Kina, EU, Indien, Japan, Korea, Ryssland och USA. Anläggningen beräknas tas drift Sverige bidrar till uppbyggnaden av ITER huvudsakligen inom ramen för EU:s ramprogram. För svenska forskare blir det viktigt med motfinansiering från forskningsråd och myndigheter. Den nuvarande finansieringsformen på VR är ej så väl avpassad för medverkan i ITER projekt. Diskussion kring lämpliga finansieringsformer bör föras med ÄR-NT och Energimyndigheten. Large Hadron Collider (LHC) vid CERN (Kat A) som samlar all ledande expertis i världen för nästa generations partikelfysikexperiment. Sverige har investerat betydande belopp i ATLAS och ALICE detektorerna. LHC planeras övergå i driftsfas sommaren Sverige betalar en medlemsavgift till CERN som för år 2006 uppgår till ca 160 Mkr. Utöver denna avgift tillkommer driftskostnader för experimenten baserade på antalet forskare med doktorsexamen. Betydande resurser för datalagring och beräkningar tillkommer. MAX-lab (Kat C) är idag ett internationellt ledande synkrotronljuslaboratorium med över 600 användare per år. Verksamheten är baserad på tre lagringsringar (MAX I, MAX II, MAX III) för elektroner där såväl MAX II som MAX III fortfarande befinner sig i ett uppbyggnadsskede. Som nationellt laboratorium erhåller MAX-lab ett driftsstöd från Vetenskapsrådet, som under 2006 uppgår till drygt 36 Mkr och under 2007 planeras bli drygt Sidan 9 av 86

12 41 Mkr. För den fortsatta utbyggnaden av nya strålrör och instrumentering kommer det att krävas ytterligare resurser. Nordisk datagridfacilitet (NDGF). (Kat B) Samnordisk facilitet för beräkningsresurser som utnyttjar sammankoppling av datorresurser genom den s.k. GRID tekniken. NDGF får en viktig roll för behandling av data från LHC men GRID beräkningar bör göras lätt tillgängliga för forskare från olika områden. Det är av högsta prioritet är att skapa kompatibilitet mellan NDGF och den europeiska grid middleware som utvecklats inom EGEE. VR-finansiering ,9 Mkr, 2007, 4,4 Mkr. Utvärdering hösten Hög prioritet: Forskningsinfrastrukturprojekt mogna för ställningstagande inom ett år Följande planerade forskningsinfrastrukturer har identifierats vara av mycket stort intresse för forskarsamhället, ha stor betydelse för framtida forskning och ha nått en sådan mognadsgrad i planeringen att beslut om svensk medverkan i konstruktion eller deltagande måste tas inom något år. För dessa forskningsinfrastrukturer ska detaljerade underlag och finansieringslösningar tas fram som möjliggör beslut. Detta gäller: European Spallation Source (ESS). (Kat A) Sameuropeiskt projekt för konstruktion av världens kraftfullaste neutronspridningsfacilitet. Konstruktionskostnad 11 miljarder kr. ESS höga neutronintensiteten öppnar för nya fält inom bl.a. material- och biovetenskap. Sverige är ett av flera tänkbara värdländer, Spanien, England och Ungern är de hetaste konkurrenterna. I en rapport av Allan Larsson till regeringen rekommenderas starkt ett svenskt värdskap utifrån forsknings-, näringslivs- och samhällsekonomiska aspekter. Remissinstanserna var övervägande positiva till rapporten. Eftersom ett svensk värdskap motiveras främst av de näringspolitiska aspekterna, även om de vetenskapliga möjligheterna är mycket stora, måste den största delen av finansieringen ha ett sådant ursprung. Ett besked om avsiktningsförklaring från regeringen förväntas inom kort. FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research). (Kat A) Världsledande anläggning för hadron och kärnfysik. Ett ursprungligen tyskt projekt blir ett internationellt samarbetsprojekt. Tyskland står för 75 % av investeringskostnaden på ca 9,5 miljarder kr. Samtliga svenska grupper inom kärn- och hadronfysik prioriterar FAIR högt och avser utföra huvuddelen av sin forskning där. Sverige kan bidraga med avsevärda in-kind bidrag (bl.a. CRYRING) till konstruktionen av faciliteten. Vetenskapsrådet har deltagit i preparationsfasen för att ta fram nödvändiga tekniskt-vetenskapliga dokument såväl som avtal och kostnadsberäkningar inför beslut. Den tyska ministern för forskning har tillskrivit kultur och utbildningsdepartementet och inbjudit till bilaterala förhandlingar om ett svenskt deltagande. Dessa förhandlingar kan förväntas starta under sommaren Kostnaden för det svenska deltagande beror bl.a. på hur olika typer av in-kind bidrag kommer att värderas. KFI rekommenderar att förhandlingar om medlemskap inleds. MAX IV. (Kat B-C) Synkrotronljuslaboratoriet MAX-lab har presenterat en ny okonventionell design av en synkrotronljusfacilitet. MAX IV beräknas uppnå icke jämförbara briljanser för studier av material och molekyler. Den konceptuella tekniska designen har nyligen utvärderats av en internationell expertgrupp på uppdrag av Vetenskapsrådet med mycket positivt resultat. En stor mängd svenska forskare har varit delaktiga i framtagande av den vetenskapliga motiveringen. En utvärdering av den vetenskapliga motiveringen planeras av KFI att äga rum i början av hösten Det finns ett intresse från forskare i övriga nordiska länder (utom Island) för MAX IV och de övriga nordiska forskningsråden kommer att sända representanter till utvärderingen. En substantiell medfinansiering från andra länder krävs för realisering av Sidan 10 av 86

13 projektet. Den totala investeringskostnaden uppskattas till ca 2,3 miljarder kronor och driftskostnaden till ca 220 Mkr/år. Röntgenfrielektronlasern XFEL. (Kat A) En röntgenfrielektronlaser är för många forskare den ultimata strålkällan. Den korta pulsstrukturen (femtosekund) för röntgenstrålning med en miljard gånger högre briljans än dagens synkrotronljuskällor medger helt nya studier av ultrasnabba fenomen och strukturer i molekyler och material. Detta kommer att öppna nya forskningsfält, främst inom femtokemi, strukturbiologi och kondenserade materiens fysik men även inom materialvetenskap och plasmafysik. Tyskland står för 60 % av investeringskostnaden på totalt c:a 9,5 miljarder kr. Flera svenska grupper har varit tongivande i framtagandet av den vetenskapliga motiveringen. Vetenskapsrådet har deltagit i preparationsfasen för att ta fram nödvändiga tekniskt-vetenskapliga dokument samt avtal och kostnadsberäkningar inför beslut. Den tyska ministern för forskning har tillskrivit kultur och utbildningsdepartementet och inbjudit till bilaterala förhandlingar om ett svenskt deltagande. Dessa förhandlingar kan förväntas starta under sommaren Kostnaden för det svenska deltagande beror bl.a. på hur olika typer av in-kind bidrag kommer att värderas. KFI rekommenderar att förhandlingar om medlemskap inleds. I områdesöversikterna (kap 5-8) ges en något mer detaljerad beskrivning av infrastrukturerna där de även sätts in i sitt sammanhang med andra existerande och planerade infrastrukturer i respektive forskningsområde. Den årliga totala driftsbudgeten för samtliga projekt ligger på ca 10 % av investeringskostnaderna. Infrastrukturer eller områden med stor potential Dessa infrastrukturer eller områden har redan nu stor betydelse för framtidens forskning, men under arbetet med planen har KFI gjort bedömningen att deras potential skulle kunna höjas markant. KFI rekommenderar därför att dessa identifierade infrastrukturer eller områden snarast ges bättre förutsättningar att komma svensk forskning till godo. Det kan till exempel ske genom ökad samordning, större budget eller ny organisation. I flera fall pågår eller rekommenderas en fördjupad utredning av hur infrastrukturen eller området ska skötas i framtiden. Resultatet av utredningarna bör redovisas innan nästa reviderade version av den långsiktiga planen publiceras. Samordning inom polarforskningen. Polarforskning är en samlande term för all forskning som bedrivs för att öka förståelsen om polarområdena, framförallt Arktis och Antarktis, eller i andra syften utförs där. För att få en bättre utväxling av Sveriges satsningar på polarforskning krävs en större koordinering mellan logistik och forskningsdiscipliner. Hur en sådan koordinering kan te sig ut är under utredning och en rapport ska vara klar under andra halvåret Mikrofabrikation. (Kat C) I Sverige har Vetenskapsrådet, tillsammans med Vinnova, Stiftelsen för Strategisk Forskning (SSF) och Knut & Alice Wallenbergs stiftelse under nu snart tre år stött ett samarbete, My-fab, mellan tre renrumslaboratorier, Electrum laboratoriet på KTH, MC2 på Chalmers och Ångströmlaboratoriet vid Uppsala universitet. Verksamheten ska enligt kontraktet med universiteten utvärderas innan avtalstidens utgång. Denna utvärdering genomförs under hösten Relationer mellan mark- och rymdbaserade infrastrukturer inom astronomi och astropartikelfysik. I den föreliggande långsiktiga planen berörs rymdbaserade faciliteter endast flyktigt trots att de spelar en mycket väsentlig roll i den forskning som bedrivs inom områdena för Beredningsgrupperna 1 och 3. Att rymdverksamheten till stor del lämnats utanför hänger samman med att dessa forskningssatsningar has omhand av flera olika aktörer, speciellt Rymdstyrelsen,. I enlighet med resultat av informella diskussioner mellan KFI och övriga Sidan 11 av 86

14 aktörer kommer man att utreda möjligheter till en vidgad samordning, för att få en optimal infrastruktur till stånd och främja ett effektivt resursutnyttjande. Databaser för klimat och miljöforskning. (Kat C) Data av intresse för klimat och annan miljörelaterad forskning samlas idag in av flera svensk myndigheter och forskargrupper. Hanteringen av dessa och tidigare insamlad data är fragmenterad. Forskarnas behov sammanfaller ofta med myndigheternas och vice versa. Att, som idag, inte samordna insamling och hantering är ett resursslöseri som drabbar alla inblandade parter. KFI bör utreda hur samordning kan ske så att värdefulla data för forskningen inte går till spillo och att existerande data blir öppet tillgängliga för forskare på ett enkelt sätt. Utredning av infrastrukturer för biovetenskaperna. (Kat C) Inom biovetenskaperna finns stora behov av en samordning av de insatser som olika finansiärer gör vad det gäller infrastruktur. Detta gäller flera olika forskningsområden som utvecklas snabbt t.ex biomolekylär analys, bioimaging, nanobiologisk forskning och bioinformatik. Här spelar bl.a. de nyligen utvecklade biovetenskapliga core-faciliteterna en viktig roll och deras fortsatta utveckling och tillgänglighet bör belysas i ett nationellt pesrpektiv. Inom bioinformatiken bör såväl växt-, djur- som humanbiologisk information organiseras med målsättning att dels öka tillgänglighet, t.ex. via portaler, dels möjliggöra effektiva och storskaliga analyser för avancerade användare. KFI avser att inför nästa version av den långsiktiga planen diskutera dessa frågor med berörda intressenter för att komma med förslag på fortsatt hantering. Biobanker. (Kat C) KFI avser att tillsammans med andra finansiärer delta i planeringen av hur forskningsbiobanker och medicinsk informatik kan samordnas och utvecklas till en nationell forskningsresurs med användning inom och utanför universitetsjukhusen. Medicinsk information om den svenska befolkningen bör kunna lagras på ett sätt som är standardiserat samt juridiskt och etiskt acceptabelt. Detta möjliggör nya typer av storskaliga studier, uppföljningar m.m. som med fördel kan integreras med motsvarande satsningar i våra nordiska grannländer. Det är angeläget att man bygger vidare på den stora investering som Knut & Alice Wallenbergs stiftelse gjort inom området. Neutronspridning. (Kat B) Svenska forskares tillgång till neutronspridningsanläggningar ses över under Flera alternativ finns en första åtgärd är att omförhandla avtal med ILL t ex tillsammans med övriga nordiska länder (eller alternativt andra länder) i form av ett konsortium. Ytterligare sätt att täcka behoven är genom att ingå avtal med någon kompletterande facilitet och genom att möjligheter ges att deltaga i s.k. CRG- instrument (collaborating research group). Regeringens eventuella besked om svenskt värdskap för ESS kan starkt påverka utvecklingen inom området. Relationen mellan olika anläggningar för materialstudier. (Kat C-E) Relationen mellan flera olika typer av anläggningar för materialstudier bör utredas. Detta gäller förutom neutron- och synkrotronkällor (se ovan), bl.a. avancerade elektronmikroskop, NMR- och jonfaciliteter. Även behov från andra vetenskapsområden bör belysas, t.ex. arkeologi och bioteknik. Utredning om framtida storskalig datorresurs. (Kat C) Syftet är att utreda hur extrema beräkningsbehov ska tillgodoses. Det gäller extremt stora minnesbehov och/eller behov av processorer extrem snabbhet, som SNIC i dagsläget inte kan tillgodose. Forskargrupper med extrema behov kan potentiellt finnas inom bl a livsvetenskaperna, t.ex. bioinformatik och strukturbiologi, och inom materialvetenskap, klimatsimuleringar, högenergifysik och astrofysik. Digitalisering inom humaniora. Kommittén DISC (Database InfraStructure Committee) under KFI inleder under 2006 en utredning om vilka forskningsdatabaser inom humaniora som det är angeläget att digitalisera. Sidan 12 av 86

15 Utredning om Humanistlaboratorier och språkteknologi Humanistlaboratorier kommer med sannolikt att spela en betydande roll i utvecklingen av humanistisk forskning framöver. Datorbaserad bearbetning av material (dvs digitalisering, uppmärkning, analys, statistisk bearbetning, etc) blir allt mer väsentlig. Eftersom forskare inom humaniora inte sällan saknar bakgrundskunskaper i databehandling av forskningsmaterial, kommer de resurser som finns på humanistlaboratorierna (bl a utrustning och tekniskt utbildad personal) att bidra till utveckling inom vissa befintliga forskningsområden och till framväxt av nya, inte minst i flervetenskapliga sammanhang. På motsvarande sätt befinner sig svensk forskning inom språkteknologi i en unik situation i och med att ett välfungerande samarbete har vuxit fram mellan svenska universitet och tekniska högskolor. Det finns ett stort behov av att se över den nationella infrastrukturen för språkteknologi och verka för samordning av databaser och analysverktyg. I första hand avvaktar KFI resultat från DISC:s utredning om digitaliserade databaser inom humaniora. Kärnteknisk forskning. Genom den förändring av lagen om kärnteknikforskning som skedde genom riksdagens beslut den 20 april 2006 och genom att verksamheten i Studsvik, som har stötts och stöds av Vetenskapsrådet, är i förändring så har det inom kärnteknikområdet uppstått en helt ny situation. KFI har för avsikt att se över detta område under hösten Långsiktiga förslag av paneuropeiskt intresse Några av de konkreta förslag som diskuteras inom ESFRI för den europeiska roadmapen och som har varit med på ESFRI:s List of opportunities är av uppenbart vetenskapligt intresse för svenska forskare eftersom ledande svenska forskare är med i olika stadier av planering och förstudier. Förslagen är långsiktiga och kräver sameuropeisk finansiering samt ytterligare konkretisering innan KFI gör någon rekommendation. Fler förslag kommer att bli tydliga och aktuella att diskutera mer ingående när ESFRI presenterar sin roadmap i oktober 2006, speciellt inom livsvetenskaperna, humaniora och samhällsvetenskap. European Resource Observatory for Humanities and Social Sciences (EROHS) (KAT A-B) Uppbyggnaden av EROHS är en naturlig konsekvens av den starkt tilltagande internationaliseringen av forskningen inom humaniora och samhällsvetenskap och det ökade behovet av grunddata för krävs för forskning. Internationella initiativ är nödvändiga för att möjliggöra komparabilitet, internationellt utbyte av information av hög kvalitet och säkerhet kring hanteringen av data. ELT (Extremely Large Telescope). (Kat A) Ett Extremely Large Telescope har i ESO:s strategiska plan fram till 2020 givits högsta prioritet. Tidsskalan för ELT projektet är och det finns med på ESFRI-listan List of Opportunities. Slutligt beslut om satsningen, vars totalkostnad beräknas närma sig 1 miljard Euro, är planerat för år En europeisk styrgrupp för ELT-utveckling finns, där VR är representerat. Finansieringen av ELT kommer att ske inom ramen för ESO samarbetet. Deltagande i sameuropeisk infrastruktur för 3D-kartläggning av jordens seismiska och elektriska egenskaper. (Kat B) EuroArray är ett tvärvetenskapligt, paneuropeiskt program för att utforska fysikaliska egenskaperna hos den europeiska kontinenten i tre dimensioner. Målet är en ökad förståelse för de processer som bildat jordskorpans struktur och de mineralresurser vi utnyttjar i dag. För att Sverige ska kunna följa forskningen om jordens inre och fullt delta i EuroArray krävs en utbyggnad av det svenska seismologiska nätverket, insamling av seismiska data i 2D och 3D samt borrningar i högintressanta områden. Svensk medverkan behöver utredas. PRINS (Pan-European Research Infrastructure for Nano-Structures). (Kat B) Forskningen inom nanoområdet befinner sig under stark utveckling. Inom ESFRI diskuteras därför bland Sidan 13 av 86

16 annat en paneuropeisk infrastruktur för nanostrukturer i form av ett nätverk mellan olika europeiska laboratorier. KFI avvaktar ESFRI:s prioritering och utvärderingen av my-fab innan en svensk värdering av PRINS och översyn av infrastruktur för nanoområdet görs. SKA (Square Kilometer Array). (Kat A) En långvågig radiointerferometer med en ungefärlig yta av en kvadratkilometer. Detta kommer att komplettera ALMA för längre våglängder. Tidsskalan för SKA är Det är nämnt som ett global project på ESFRI-listan List of Opportunities. Paneuropeiskt konsortium för IR-mjukröntgenfrielektronlasrar. Konsortiet verkar för en koherent europeisk uppbyggnad av frielektronlasrar där nya faciliteter byggs med tanke på specialisering och komplementaritet. Konsortiet kan bli viktigt för t.ex. konstruktion av en frielektronlaser i fas två av MAX IV. Sidan 14 av 86

17 5. Infrastruktur för astronomi och subatomär forskning (bg1) Forskningen inom beredningsgruppens område tilldrar sig mycket stort allmänintresse, och är därtill av fundamental vetenskaplig betydelse. Upptäckterna av mörk (osynlig) materia, universums ökande expansionshastighet ( mörk energi ), och av planeter bortom solsystemet väcker mycket stort intresse och nyfikenhet. Och frågor som vad är då den mörka energin?, vad fanns innan Big Bang?, varifrån får partiklarna sina egenskaper?, finns det många olika universa? eller finns det liv på andra planeter? är både vetenskapligt sett fundamentala och mycket vanliga i skolor och nyhetsmedia. För att svara på frågorna krävs dock omfattande och väl koordinerade nya infrastruktursatsningar. Tillgängligheten till forskningsinfrastrukturer är av vital betydelse för att forskare ska kunna etablera sig i den absoluta forskningsfronten inom sina forskningsfält. Detta är speciellt påtagligt inom astronomi, astrofysik, fusion, kärn- och partikelfysik, de forskningsfält som täcks av Bg-1s ansvarsområde. Infrastrukturerna inom dessa områden är av sådan art och komplexitet att varken enskilda forskargrupper eller länder ensamt kan driva och finansiera dem. Detta måste organiseras och drivas på internationell basis. Infrastrukturerna inom Bg-1s ansvarsområde skall: vara av stort nationellt och internationellt intresse vara tillgängliga för framstående forskare inom de olika områdena ge möjlighet till långsiktig planering kommunicera resultat till olika grupper i samhället Bg-1 har gjort en kartläggning av befintliga infrastrukturer med svenskt engagemang men också listat några sådana där svenska forskare för närvarande inte är involverade. Vi har även försökt identifiera infrastrukturer av svenskt intresse som kommer i drift inom de närmaste 5-15 åren. Astronomi och astropartikelfysik Inom astrofysik och astropartikelfysik finns ett antal frågor av speciellt intresse och som mycket av de nuvarande infrastrukturprojekten är inriktade emot. Hur uppkom Universum och den struktur vi har idag i form av galaxer och ändå större strukturer? När bildades de första stjärnorna och med dem de grundämnen vi har runt oss? Hur uppkommer de planeter vi observerar runt ungefär 10 % av alla stjärnor, och kopplat till detta, hur uppkommer biologiskt liv? Andra högintressanta frågor är kopplade till de mest extrema processerna och tillstånden i form av supernovor, neutronstjärnor och svarta hål. Nära relaterat till detta har vi ett antal frågor som berör grundläggande fysik. Främst av dessa är frågorna om egenskaperna hos den mörka materian och den mörka energi som tycks dominera Universums dynamik. Detta har med all säkerhet avgörande implikationer på fundamentala fysikaliska teorier som supersträngteorier. De enorma framsteg som gjorts under de senaste årtiondena inom detta område är till största delen ett resultat av nya instrument och teleskop, med modern teknik, som inneburit att allt ljussvagare objekt kan undersökas i allt större detaljrikedom. Parallellt har ökad datakraft inneburit möjligheter att bearbeta de enorma datamängder som insamlats. Nästan allt vad vi vet om t.ex. mörk energi och mörk materia kommer från sådana observationer. Samtidigt har nya satelliter öppnat nya våglängdsområden som, inte minst genom samordning med markbundna instrument gett helt nya möjligheter att studera t.ex. röntgen- och gammastrålning från svarta hål, eller infrarödstrålning från planetdiskar under bildande. Även neutriner kan nu studeras som informationsbärare om kosmiska processer. Sidan 15 av 86

18 Inom astrofysiken har man traditionellt sett varit begränsad till observationer fotonerna från olika objekt. Under de senaste decennierna har möjligheter öppnats att också systematiskt undersöka partikelflöden (t ex av neutriner, protoner och antiprotoner) från universum. Astropartikelfysik är ett område som gränsar både mot den del av astrofysiken där fotoner studeras och mot partikelfysiken. Speciellt studeras partikelflöden från astrofysikaliska källor, dessa partiklars grundläggande egenskaper samt olika aspekter av de okända energislagen mörk materia och mörk energi som enligt de nya rönen utgör 96 % av universums energiinnehåll. Kosmologin sträcker sig över bägge dessa områden. Gränsen mellan astropartikelfysik, kosmologi och astrofysik är dock mycket diffus, och till stor del artificiell. Ett exempel är IceCube, där neutrinoobservationer kan ge värdefull information om t.ex. aktiva galaxer och gammastrålningsutbrott, liksom om den mörka materiens egenskaper. Rymdbaserade projekt Rymdbaserad infrastruktur för svenska forskare tillhandahålls i första hand av den europeiska rymdorganisationen ESA (European Space Agency). Svenskt deltagande i bi- och multilaterala satellitexperiment utanför ESA är därtill ett viktigt komplement. Rymdstyrelsen är den myndighet som representerar Sverige i ESA. Svenskledda satellitprojekt av infrastrukturkaraktär ligger också inom Rymdstyrelsens ansvarsområde. Svenskt deltagande i andra bi- och multilaterala satellitprojekt kan ske med och utan Rymdstyrelsens medverkan. Forskningsinfrastruktur på marken och i rymden har i många fall potential att komplettera och förstärka varandra, vilket gör det naturligt att ta till vara de samverkansmöjligheter som finns. Till saken hör också att många svenska forskargrupper, inte minst de som faller inom Bg-1:s intresseområde, är aktivt engagerade både i rymd- och markbaserade faciliteter. Rymdforskningen inom ESA bedrivs inom tre separata programområden: (1) det obligatoriska vetenskapsprogrammet (astronomi, rymdplasmafysik, rymdfysik, fundamental fysik), (2) jordobservationsprogrammet (satellitbaserade studier av jorden och jordatmosfären) och (3) programmet för bemannad rymdverksamhet (experiment som kräver tyngdlöshet, med även t ex utforskning in-situ av Mars). Forskningsinfrastruktur inom vetenskapsprogrammet har främst sin kontaktyta mot KFI:s Bg-1, medan satelliter och sonder som används för att studera jordens magnetosfär, solvind och en del av solsystemet också har beröring med Bg-3. ESA:s program för jordobservationer är av relevans i synnerhet för Bg-3. Forskningen inom ESA:s program för bemannad rymdverksamhet tycks främst beröra discipliner inom Bg-2. Fusion Kombinationen av en ökande befolkning och förväntningar på en ökad levnadsstandard för jordens befolkning gör att behovet av elektrisk energi kommer att öka signifikant i framtiden. Behovet av att samtidigt minska användandet av fossila bränslen leder till att nya energikällor måste utvecklas. Forskningen kring fusion har visat att fusion potentiellt kan vara en lösning på världens ökande energibehov och samtidigt ha en hanterbar inverkan på miljön. Flera fysikaliska och tekniska frågor återstår dock att besvaras innan man fullt ut kan utnyttja fusion som energikällan även om de grundläggande principerna har bevisats. De öppna frågorna är fortfarande hur man ska optimera processen för att få en attraktiv och ekonomisk försvarbar energikälla. I den nyligen framlagda energipropositionen (mars 2006) beskrivs fusionsenergin som en del i det samlade energipaket som behövs för Sverige för framtiden. Det svenska fusionsprogrammet är del av det europeiska fusionsprogrammet koordinerat genom EURATOM som skapades 1958 och som Sverige är medlem av sedan Det europeiska fusionsprogrammet samordnas genom European Fusion Development Agreement (EFDA) och Sidan 16 av 86

19 utförs i de för närvarande 25 associationerna inom EURATOM-EFDA, varav den svenska associationen är en medlem. Fusionsforskningen är mycket gränsöverskridande mellan grundläggande teknisk fysik, vari ingår delar från fysikens många områden, och teknologi som samverkar mot målet om en fungerande energiproducerande fusionsreaktor. Huvudexperimentet i det europeiska programmet är JET (beläget i UK). Den svenska associationen, kallad EURATOM-VR administreras av VR, innefattar fusionsforskare från Chalmers (fyra olika institutioner), från KTH (fyra olika institutioner), från Uppsala universitet (tre olika institutioner) samt från personal från Studsvik. Varje association i den europeiska fusionsverksamheten, EURATOM, kan få tillgång till data från de olika europeiska experimenten genom vetenskapliga samarbeten. Data från JET finns likaledes tillgängligt för associationerna medan forskare utanför de europeiska associationerna kan få tillgång till data efter en viss tid. En internationell fusionsdatabas upprätthålles och uppdateras och kan bli tillgänglig genom medlemskap i den internationella fusionsforskningen. Högenergifysik Högenergiexperiment studerar den innersta strukturen hos materia och de krafter som beskriver den genom kollisioner mellan mycket högenergetiska partiklar som produceras vid acceleratorer. Den så kallade Standardmodellen inom partikelfysik ger svar på många frågor rörande strukturen och stabiliteten hos materia med dess sex kvarkar, sex leptoner och fyra krafter. Standardmodellen lämnar emellertid många frågor obesvarade såsom: Varför finns det bara tre typer av kvarkar och leptoner? Hur erhåller partiklar sina massor? Finns det fler partiklar och krafter? Är kvarkarna och leptonerna verkligen fundamentala eller har de också en substruktur? Vilka partiklar ger upphov till mörk materia i universum? Hur kan gravitationen inkluderas i Standardmodellen? Vidare vill man studera starkt växelverkande materia under extrema förhållanden av hög temperatur och energitätheter. Teorin för den starka växelverkan, kvantkromodynamik (QCD), förutsäger att kvarkar och gluoner är bundna i hadroner. I system med höga temperaturer och höga energidensiteter antas kvarkarna inte längre vara bundna utan fria att röra sig över volymer där superkritiska förhållanden råder. I kollisioner mellan tunga atomkärnor vid mycket höga energier förväntas en övergång från hadronisk materia till ett nytt materietillstånd, det så kallade kvark-gluonplasmat, inträffa. Detta nya tillstånd var rådande under de första mikrosekunderna efter Big Bang, den Stora Smällen. Våra partikelkollisioner är Små Smällar vilka vi kan upprepa i laboratoriet, och därigenom studera experimentellt hur universumet byggdes upp. Det är denna typ av frågor som driver högenergifysiker att bygga och utnyttja nya acceleratorer och detektorer. Experimenten hoppas kunna ge svar på, om inte alla, så i varje fall några av ovanstående frågor. Kärnfysik Kärnfysiken omfattar studier av strukturen, dynamiken och allmänna egenskaperna hos system som binds samman av den starka kraften, alltifrån hadroner (partiklar med stark växelverkan) till atomkärnor. Dessa system motsvarar 99.9 % av den observerbara materian kring oss. Studierna har lett till upptäckter och tekniker som har kommit till stor nytta i samhället. Vår förståelse av den starka växelverkan är dock långt ifrån komplett och det sker därför en kontinuerlig utveckling av teknikerna för att flytta forskningsfronten framåt. Sidan 17 av 86

20 Utvecklingen inom kärnstrukturfysiken går mot att utnyttja strålar av sällsynta radioaktiva isotoper. Detta ger möjlighet att studera atomkärnor med extrema förhållanden mellan antalet neutroner och protoner. Studier av dylika exotiska atomkärnor har en direkt koppling till syntesen av kärnor i Universum, då de relevanta processerna i t.ex. stjärnor och supernovor till stor del involverar dessa. Inom hadronfysiken studeras den starka växelverkan i mer detalj. Systematiska studier av hadroner, partiklar med kvark-gluonstruktur, är ett väsentligt instrument för att undersöka dynamiken hos den starka växelverkan och de strukturer den ger upphov till. Kärn- och hadronfysik är inne i ett skede där stora satsningar sker i Europa och i övriga världen, med planer för acceleratoranläggningar med kapacitet som vida överstiger de existerande. Parallellt utvecklas nya detektorsystem som ytterligare flyttar fram den experimentella frontlinjen. Ett utmärkt exempel på det ovan nämnda är den planerade FAIR-anläggningen i Tyskland som kommer att tillhandahålla strålar av radioaktiva isotoper och antiprotoner. FAIR har väckt stort intresse och det är första gången som en anläggning engagerar hela det svenska forskarsamhället inom kärn- och hadronfysik. Sammanställning och behov av forskningsinfrastruktur Befintliga faciliteter Astronomi och astropartikelfysik ESO högkvarteret är beläget i Garching, München medan ESO-observatorierna ligger i Chile. Detta har länge varit den viktigaste markbundna faciliteten för svensk astrofysik och används av astronomer vid alla svenska institutioner. Mindre och medelstora optiska teleskop finns på La Silla. Very Large Telescope (VLT) på Paranal är för närvarande det mest framgångsrika optiska teleskopet i 8-10 m klassen. Detta togs i drift 1999 och man håller för närvarande på och utvecklar andra generationens instrument. Svenska astronomer (Uppsala universitet) deltar aktivt i utvecklingen av instrument för VLT. VLT är nu den viktigaste resursen för svensk optisk astronomi. Teleskopenheterna används också tillsammans som en interferometer, VLTI, med en maximal baslängd av 100 m, för bl.a. studier av stjärnytor, extrasolära planeter och områden nära svarta hål i galaxcentra. Svenska Solteleskopet på La Palma: Svensk huvudman för detta är KVA. Anläggningen används i huvudsak av solgruppen (ISF) vid KVA (lokaliserad vid Stockholms Observatorium). Teleskopet har den bästa bildkvaliteten av alla existerande solteleskop. Ett nästa generations teleskop med 2,5 m diameter har börjat diskuteras mellan olika europeiska institutioner. Institutet för Solfysiks (ISF) ställning som en av KVA:s institutioner har nyligen börjat diskuteras inom av KVA:s ledning. Nordic Optical Telescope på La Palma: Detta är ett 2,5 m teleskop som drivs gemensamt av de Nordiska länderna. Användarna kommer från SU, Uppsala universitet och LU. En specialisering av verksamheten diskuteras just nu för att effektivisera driften. Ett gemensamt Northern Hemisphere Observatory (CNO) på La Palma, där alla de medelstora teleskopen på La Palma tänks ingå, diskuteras just nu. NOT skulle här vara det nordiska bidraget. Starten av detta är beräknat till år En utvärdering av NOT har gjorts under våren 2006 och dess rekommendationer är under diskussion. Onsala rymdobservatorium: Denna nationella facilitet, finansieras av VR i samarbete med Chalmers. Onsalaobservatoriet driver 20 m och 25 m teleskopen på Onsala och den svenska Sidan 18 av 86

21 delen av APEX (se nedan). Byggandet av flera viktiga mottagare bedrivs inom observatoriet, bl.a. till APEX och ALMA. Man är också starkt engagerad i satelliten ODIN, liksom den kommande ESA-satelliten Herschel. Onsala är nod i det europeiska-nätet för (Very Long Baseline Interferometry). Användarna kommer i huvudsak från Göteborgs- och Stockholmsgrupperna. VLBI används också för geovetenskap (studier av kontinentaldrift). Det viktigaste instrumentet under de närmaste åren är APEX. Denna anläggning, belägen på Chajnantor i norra Chile, är ett submillimeterteleskop som upprättats och drivs i samarbete mellan Onsala, Max Planck-institutet för radioastronomi och ESO. Det togs i drift hösten 2005 och de första resultaten är mycket lovande. Detta är ett teleskop av samma typ som kommer att ingå i ALMA, och kommer att fungera som en förberedelse för detta. Framförallt för mycket höga radiofrekvenser kommer teleskopet att vara unikt. Onsala diskuteras som ett regional centrum för stöd till ALMA för de nordiska länderna (Sverige, Finland, Danmark). LOFAR: Detta är en huvudsakligen nederländsk stor anläggning med tusentals enkla radioantenner för långvågig radiostrålning, som bl.a. kan undersöka kosmiska processer i det tidiga universum,. Det svenska ursprungliga deltagandet är inriktat mot rymdplasmafysik. Man diskuterar nu ett astronomiskt engagemang inom LOFAR-projektet, där Onsala skulle fungera som en extra nod för VLBI-liknande tillämpningar. För detta har man nyligen erhållit ett planeringsbidrag från KFI. Neutrinoteleskop: Här är AMANDA-detektorn och dess större efterföljare IceCUBE det viktigaste projektet ur svensk synvinkel. De svenska forskargrupperna i Stockholm och Uppsala (samt en mindre grupp från Högskolan i Kalmar) har varit med i uppbyggnaden av denna nya teknologi sedan början av 1990-talet. IceCUBE har just börjat byggas och beräknas stå klar Under minst 15 år räknar man med att den färdiga detektorn ska samla in data. Formerna för hur driftskostnaderna ska delas mellan amerikanska NSF och de övriga deltagande grupperna diskuteras för närvarande i en styrkommitté, där VR är representerat. Det bör noteras i detta sammanhang att Sverige genom sin medverkan i ATLAS experimentet vid CERNs LHC-accelerator kommer att kunna bidra till att undersöka ett flertal olika teorier för mörk materia, om denna utgörs av elektriskt neutrala partiklar med massa mindre än motsv ungefär en TeV. Speciellt är LHC utmärkt väl lämpad för att söka efter så kallade supersymmetriska partiklar, som tillhör de teoretiskt favoriserade kandidaterna till mörk materia. Utöver genom de faciliteter som beskrivits ovan deltar svenska astronomer och astropartikelfysiker som individer och individuella forskargrupper i forskning vid ett antal andra faciliteter, i första hand i Europa och Nordamerika. Ofta sker detta i form av projektsamarbete mellan svenska och utländska forskargrupper. I några fall sker det genom att svenskar direkt söker och får observationstid vid utländska anläggningar. Denna medverkan innebär dock i regel inte några långsiktiga ekonomiska bindningar, och deltagandet regleras inte genom direkta avtal mellan svenska myndigheter och utländska eller internationella organisationer. Rymdbaserade projekt I det följande beskrivs ett antal rymdbaserade ESA-projekt med aktivt svenskt deltagande. Cluster II består av fyra identiska satelliter för studier av jordens magnetosfär vilka sköts upp år 2000 och planeras fortsätta till Instrumenteringen är till betydande del svensktillverkad. Institutet för rymdfysik (IRF) i Uppsala ansvarar för ett av instrumenten och deltar med Alfvénlaboratoriet i Stockholm i analysen av data. Hubble Space Telescope (HST) är ett samarbete mellan ESA och NASA. Det fortsätter observationer i ultravioletta, synliga och infraröda spektralområden till åtminstone Flera svenska grupper deltar med forskningsprojekt. Sidan 19 av 86

22 Cassini/Huygens sändes upp 1997 och består av en modul, Cassini, som lades i bana kring Saturnus 2004 och en, Huygens, som framgångsrikt sändes ner till ytan av Saturnusmånen Titan, vars atmosfär tros likna jordens innan livet uppstod här. IRF i Uppsala har bidragit med hårdvara som lämnat intressant information. Rosetta sändes upp i mars Den avses möta kometen 67 P/Churyumov-Gerasimenkosince år 2014 på ungefär Jupiters avstånd från solen och sen följa den i dess bana kring solen. Sonden innehåller instrument från IRF i Kiruna, från Alfvénlaboratoriet och från Uppsala universitet. Mars Express gick in i bana kring mars i december Ombord finns bl a instrument från IRF i Kiruna intressanta resultat från det experimentet har redan publicerats. Venus Express sändes iväg i november 2005, med bl a instrument från IRF i Kiruna och gick in i bana kring Venus i april Den ska utföra mätningar där i minst två år. Några bi- och multi-laterala satellitprojekt med aktivt svenskt deltagande Odin är en satellit för både astronomi och aeronomi. Den sändes upp 2001, har levererat stora mängder intressanta data om främst det interstellära mediet och om den övre jordatmosfärens kemi, och är ännu i funktion f n är driften av den finansierad till slutet på 2007 med främst svenska medel. Andra deltagande länder är Kanada, Finland och Frankrike. Flera svenska forskargrupper (Chalmers, SU) tar aktivt del i projektet. Svenska Rymdbolaget har ansvarat för utvecklandet av satelliten och har nu hand om operationen av den. Pamela är ett italiensk-lett projekt för att detektera kosmisk antimateria., ssk partiklar tyngre än antiprotoner. Satelliten ska sändas upp från Baikonur i Ryssland i juni En grupp vid KTH står för viss hårdvara och spelar en viktig roll vid analysen av data. Fusion JET är belägen i Culham, Oxfordshire, England. JET startades 1983 och utgör fortfarande den mest avancerade fusionsforskningsanläggningen i världen och den enda som kan köra tritiumexperiment. JET byggdes med en volym ca 100 ggr större än något experiment vid den tiden och med ett D-format plasmatvärsnitt. Redan 1991 kördes det första tritiumexperimentet som gav 16MW fusionsenergi och Q=0.7 d.v.s. mycket nära break-even. Med JET experimentet ökade fusionstrippelprodukten från 1/10000 till 1/6 av värdet som krävs för tändning av plasmat. JET anläggningens operationella tid har nu blivit godkänt fram till Svenska forskare utgör en stor del av den rörliga personal som finns vid JET när experimenten körs. Huvuduppgifterna för det förlängda programmet är fokuserade mot ITER relaterade frågor. De svenska fusionsforskarna deltar mestadels i den experimentella och teoretiska samordnade fusionsforskningen genom personella insatser. Ett undantag är att Uppsalagruppen har levererat två neutrondiagnostikinstrument under Dessa instrument är de enda större instrumentsatsningar som den svenska associationen har bidragit med till JET-EFDA. Förutom JET experimentet upprättas nu europeiska Task-forces som ska leda FoU arbetet inom fusionsforskningen och som ska samordna det europeiska forskningsarbetet har två grupper inom forskningsområdena i) plasma-vägg-växelverkan och ii) teori-modellering av fusionsplasma skapats. Svenska forskare finns med i båda dessa arbetsgrupper. Svenska forskare kan delta i forskningen vid nationella europeiska anläggningar med internationellt deltagande med infrastöd genom EURATOM:s mobilityprogram. Sverige bidrar inte med driftskostnader till dessa befintliga anläggningar. Däremot har svenska forskare, med finansiering från Vetenskapsrådet, bidragit till uppbyggnad av diagnostik vid några av dessa anläggningar. Sidan 20 av 86

23 Exempel på nationella europeiska anläggningar med internationellt deltagande är: ASDEX-U-tokamak vid Max Planck Institut für Plasmaforschung, Garching München. ASDEX-U experimentets forskningsprogram styrs hårt mot områden som är viktiga för ITER. Nästan hela vakuppsala universitetmkärlet har klätts med wolfram för att undersöka hur wolfram kan kombineras med plasma av hög kvalitet. MAST, Culham, UK. Detta är det enda experiment med sfärisk geometri i Europa. Svenska forskare deltar i detta experiment med att bygga upp en ny diagnostik för att kunna mäta strömprofiler i plasmat. TORE-SUPRA, Cadarache, Frankrike. Det är en tokamak med supraledande spolar och rekordlånga pulser. Särskilt studeras hur en ergodisk divertor kan optimeras för bättre plasmaparametrar. TEXTOR tokamaken i Jülich, Tyskland har som specialområde plasma-vägg växelverkan och ergodisk divertor. RFX reverserade pinchen i Padua. Vid denna anläggning kan plasmaströmmar upp till 2 MA köras. Experimentets målsättning inkluderar utveckling av aktiv kontroll av MHDinstabiliteter med användning av aktiv återkoppling och görs i samarbete med T2Rexperimentet vid Alfvénlaboratoriet i Stockholm. Inom ramen för stora tokamaker finns möjligheter till internationella utomeuropeiska samarbeten med Japan och USA. Svenska fusionsforskare kan föreslå experiment i samarbete med andra fusionsforskningsgrupper. Vidare finns inom IAEA ett program kring FoU av reverserade pinch experiment vilket innefattar USA, Japan, Italien och Sverige. Högenergifysik CERN är en europeisk forskningsanläggning för kärn- och partikelfysik i Genève, Schweiz. Sverige har deltagit i detta europeiska samarbete allt sedan starten Svenska forskargrupper deltog i och 1990-talets spetsforskning i partikelfysik som medlemmar i DELPHIkollaborationen vid LEP elektron-positron-kollideraren och som deltagare i flera mindre experiment. CERN håller för närvarande på med färdigställandet av den nya partikelacceleratorn, the Large Hadron Collider (LHC), som ska tas i bruk sommaren LHC acceleratorn kommer att kollidera protoner och tunga atomkärnor vid energier som hittills inte varit tillgängliga någon annanstans i världen. Med den höga kollisionsenergin och luminositeten öppnas ett nytt fönster till partikelvärlden: vi kan studera partikelfenomen på en energiskala av TeV. Om Higgs-bosonen, som är det saknande beviset på Standardmodellen, alls existerar, kommer den att kunna upptäckas oavsett vilken massa den har. Dessutom kommer LHCexperimenten att kraftigt utvidga det massområde inom vilket supersymmetriska partiklar, partiklar som skulle bevisa existensen på en ny symmetri bortom Standardmodellen, kan upptäckas. Toppkvarkens egenskaper kan studeras än mer detaljerat, och det s.k. CP-brottet, som kan förklara varför universum inte är symmetrisk med avseende på materia och antimateria, kan studeras med b-kvarkarna som produceras massvis vid LHC. Tungjonkollisioner vid LHC kommer att öppna ett nytt fönster för att studera starkt växelverkande materia under extrema förhållanden av hög temperatur och täthet. Förutsättningarna vid LHC för dessa studier kommer att bli mycket bättre och de resultat som uppnåtts vid Brookhaven kommer att kunna verifieras och studeras med större noggrannhet. CERN kommer under de närmaste åren att vara centrum för världens högenergifysikforskning, och svenska forskargrupper vid KTH, LU, Stockholms universitet och Uppsala universitet är starkt engagerade i två av de fyra experimenten kring LHC, nämligen ATLAS och ALICE. Svenska forskargrupper deltar också i pågående experiment vid andra laboratorier (DESY i Hamburg, Tyskland; Fermilab i Batavia, USA; och Brookhaven i Upton, USA). De har gjort betydande insatser i uppbyggnaden av experimenten, men Sverige bidrar inte till själva infrastrukturen vid dessa laboratorier. H1-experimentet vid DESY undersöker strukturen av protoner och fundamentala växelverkningar mellan partiklar. Beslut har tagits av DESY:s ledning att stänga ner HERA-acceleratorn inom de närmaste åren. Vid Fermilab deltar flera svenska Sidan 21 av 86

24 grupper i D0-experimentet som en förberedelse för ATLAS-experimentet vid LHC. D0 experimentet fokuserar på studier av proton-antiproton kollisioner vid mycket höga energier. PHENIX-experimentet i Brookhaven studerar kvarkar och gluoner under extrema förhållanden genom att kollidera tunga atomkärnor vid höga energier. En svensk grupp deltar i PHENIXexperimentet som en förberedelse för ALICE-experimentet vid LHC. Kärnfysik EXOGAM och RISING är två detektorsystem som är utvecklade för studier av kärnstruktur med hjälp av germaniumdetektorer. EXOGAM är en ny typ av detektor bestående av segmenterade detektorer och den är installerad vid kärnfysiklaboratoriet GANIL i Frankrike. Svenska forskargrupper har bidragit med två germaniummoduler och ett associerat vetodetektorsystem till detektorn. Uppbyggnaden av EXOGAM har varit avgörande för att kunna utnyttja de nya möjligheter som erbjuds att studera mycket instabila atomkärnors egenskaper med hjälp av radioaktiva jonstrålar. Detektorsystemet markerar också upptakten till nästa generation germaniumdetektorsystem (AGATA-projektet). RISING är ett detektorprojekt vid GSI, Tyskland, som består av delar av den EUROBALLdetektor som byggdes upp under 1990-talet. Sverige har betydande investeringar i RISING via den tidigare Euroballsatsningen vilken kan ses som en föregångare till de planerade detektorsystemen inom NUSTAR-kollaborationen vid FAIR. CERN-ISOLDE-anläggningen är integrerad i acceleratorinfrastrukturen vid CERN och producerar lågenergetiska strålar av en mångfald radioaktiva isotoper för ett brett forskningsprogram inom kärn-, atom-, astro- och fasta tillståndets fysik. Sedan 2001 har anläggningen kompletterats med en post-accelerator, REX-ISOLDE, som även möjliggör reaktionsstudier med flertalet av dessa exotiska isotoper. Svenska forskargrupper och individer har allt sedan starten 1967 haft ett mycket starkt engagemang i ISOLDE, med användare från landets samtliga kärnstrukturgrupper. Sverige har bidragit starkt till infrastrukturinvesteringar såsom jonkälla till REX-ISOLDE, laserjonkälla och detektorsystem för laddade partiklar. MAX har vid sidan av synkrotronljusforskningen också ett program för kärnfysik. Övergången till MAXIII ger ökad tillgång på stråltid för studier av fotoninducerade reaktioner. Den maximala fotonenergin ökar med MAXIII vilket innebär att π-mesoner kan produceras i fotoninducerade kärnreaktioner nära den kinematiska tröskeln, ett område där kiral störningsteori kan testas. Det svenska utnyttjandet av MAX för kärnfysikaliska studier består av fysiker vid Lunds universitet. Det finns ett stort internationellt utnyttjande av faciliteten. WASA är ett detektorsystem för hadronfysik som mäter både fotoner och laddade partiklar med hög effektivitet och precision. Den byggdes som en integrerad del av CELSIUS-ringen för att möjliggöra studier av symmetribrott vid mesonsönderfall och reaktionsmekanismer vid mesonproduktion. Detektorn flyttades under 2005 till lagringsringen COSY vid FZ-Jülich, Tyskland på initiativ från fysiker kring COSY och WASA-kollaborationen. Omlokaliseringen innebär en markant ökning av fysikpotentialen för WASA-detektorn genom att både högre energier och polariserade strålar blir tillgängliga. Därigenom blir tyngre mesoner, med delvis inte klarlagda kvarkstrukturer, åtkomliga för detaljerade undersökningar. Framtida beslutade och planerade anläggningar Astronomi och astrofysik ALMA: Radiointerferometer för millimeterområdet som kommer att placeras på Chajnantor i norra Chile på 5000 m höjd. Det kommer att bestå av 50 teleskop, vart och ett med 12 m diameter. Denna anläggning kommer att tas i drift omkring Upplösningen vid de kortaste Sidan 22 av 86

25 våglängderna är < 0,1 bågsekunder, alltså lika eller bättre än Hubble Space Telescope. Sverige deltar genom ESO, som tillsammans med nordamerikanska myndigheter och i samarbete med Chile är en av huvudmännen bakom projektet. Onsala är inblandat i byggandet av flera av detektorerna till projektet. ALMA kommer, då det färdigställts, att vara det viktigaste instrumentet inom radioområdet. ELT (Extremely Large Telescope): ELT är samlingsnamnet för nästa generations jätteteleskop. ESO har i sin strategiska plan fram till 2020 satt ett ELT som sin högsta prioritet. Man har inom ESO utvecklat en egen design av ett ELT i form av OWL som planeras ha en huvudspegel av m diameter. Ett annat koncept, utvecklat framförallt i av teleskopgruppen i Lund, kallat Euro50, beräknas få en spegel med ca 50 m diameter. Då mycket av tekniken är oprövad och ställer extremt höga krav på både optik, elektronik och mekanik är det viktigt att flera olika koncept utvecklas parallellt under denna fas. Ett liknande utvecklingsprojekt, Opticon, för bl.a. adaptiv optik finns, vilket kommer att få allt större betydelse inte minst för ett ELT. Tidsskalan för ELT-projektets färdigställande är och det finns med på ESFRI-listan List of Opportunities. Designfasen av OWL har under hösten 2005 utvärderats. Som ett resultat av detta kommer ESO nu att fokusera arbetet på ett teleskop i storleksklassen m. Slutligt beslut som satsningen, vars totalkostnad beräknas närma sig 1 miljard Euro, är planerat för år En europeisk styrgrupp för ELT-utveckling finns, där VR är representerat. SKA (Square Kilometer Array): Detta är en långvågig radiointerferometer med en ungefärlig yta av en kvadratkilometer. Detta kommer att komplettera ALMA för längre våglängder. Det bygger på ny teknologi där man planerar använda en relativt enkel antenndesign tillsammans med mycket sofistikerad elektronik och databearbetning. LOFAR är ett första steg mot denna teknik. SKA kombinerar ett extremt stort fält med hög spatial upplösning och känslighet. Denna array är bl.a. intressant för att studera rejonisationsepoken inom galaxbildningen, protoplanetskivor, samt för tester av relativitetsteorin med hjälp av pulsarer. Tidsskala för SKA är Det är nämnt som ett av global projects på ESFRI-listan över List of Opportunities. Både ett ELT och SKA kommer att innebära helt nya möjligheter inom kosmologin (galax- och strukturbildning, mörk materia/energi), för studier av extrasolära planetsystem och av kompakta objekt i galaxcentra, och kompletterar varandra, liksom ALMA. (Ytterligare ett viktigt komplement bland dessa framtida satsningar är det planerade nya rymdteleskopet, The James Webb Space Telescope.) Neutrinoteleskop: europeiska grupper från Frankrike, Grekland och Italien samarbetar inom det europeiska nätverket KM3NeT. Detta nätverk är omnämnt i ESFRI listan över List of Opportunities. Det är för närvarande oklart hur de svenska grupperna med sitt stora amerikanska samarbete (IceCUBE) ställer sig till deltagande i detta sameuropeiska projekt. Rymdbaserade projekt I det följande beskrivs ett antal rymdbaserade ESA-projekt med aktivt svenskt deltagande. Herschel är ett 3,5 m satelitteleskop som enligt planerna sänds upp 2008 för observationer i infrarött och sub-mm. Dess livstid är cirka 4 år. Flera svenska grupper från Chalmers och Stockholms universitet deltar aktivt med instrumentation och vetenskapliga program. JWST, James Webb Space Telescope, planeras f n av NASA för uppsändning år Detta blir Hubbleteleskopets efterträdare, med 6,5 m spegel: ESA:s bidrag, en kamera-spektrometer för IRområdet har svensk medverkan (SU). Livligt svenskt deltagande med forskningsprogram kan också förutses. GAIA är en ambitiös astrometrisk satellit, med planerad uppsändning Den ska ge avstånd, kinematiska data och fysikaliska parametrar för miljarder stjärnor i Vintergatan. En grupp vid Sidan 23 av 86

26 Lunds universitet har en ledande roll i projektet, och forskare vid Uppsala universitet deltar i förberedelserna för kalibrering och analys av data. Bepi Colombo ska sändas till planeten Merkurius 2013/14 och anlända dit år Alla stora svenska rymdfysikgrupper (Kiruna, Uppsala, KTH) planeras delta med instrument ombord. Darwin är ett stort astrobiologiskt projekt avsett för att upptäcka och studera jordliknande planeter kring andra stjärnor än solen. Det ingår som en viktig del i ESA:s visionära plan för En forskningsgrupp vid Stockholms universitet spelar en aktiv roll i den vetenskapliga planeringen. Det ska också sägas att data från andra projekt inom ESA, som ännu inte lockat svenska grupper att medverka aktivt, mycket väl kan komma att utnyttjas senare här i landet. Ett exempel är Planck, som kommer att sändas upp för studium av den kosmiska mikrovågsbakgrunden tillsammans med Herschel (se ovan) år 2008 och i väsentliga avseenden kommer att komplettera de data som redan insamlats av de NASA-dominerade föregångarna COBE och WMAP. Ett projekt som ligger långt senare i planeringen är LISA (Laser Interferometer Space Antenna), i planerat samarbete mellan NASA och ESA, som om beslut tas om genomförande får sitt uppsändande år 2017 eller senare. Avsikten är att observera gravitationsstrålning från universum, t ex från massiva svarta hål och tunga täta dubbelstjärnor. Detta är ett exempel på ett projekt som nu inte drivs av svenska grupper men som mycket väl kan komma att dra till sig stort intresse bland svenska forskare senare. Några bi- och multi-laterala satellitprojekt med aktivt svenskt deltagande PoGo med planerad uppskjutning 2008, är ett ballong- och satellitprojekt med syfte att mäta polarisationen hos gammastrålningen från olika punktkällor. Gruppen vid KTH bidrar med hårdvara. Finansieringen av den svenskbyggda utrustningen kommer från KAW; Rymdstyrelsen och VR (via HEAC) bidrar också. GLAST, the Gamma-ray Large Area Space Telescope, är en NASA-satellit som planeras sändas upp under 2007/08. Dessutom medverkar US Dept of Energy, och institutioner i Frankrike, Tyskland, Japan, Italien och Sverige (tre olika grupper vid Stockholms universitet och KTH som tillhör den VR-finansierade starka forskningsmiljön HEAC). Den totala kostnaden för projektet har uppskattats till cirka 2 Mkr. Det väsentliga svenska deltagandet med hårdvara har främst bekostats av Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, och genom fakultetsmedel. Man kommer att studera de mest energirika processerna kring svarta hål, liksom leta efter signaler från annihilation av mörk materia. MMS (Magnetospheric Multiscale Mission) är en NASA-ledd facilitet som ska undersöka de småskaliga grundläggande plasmaprocesser som transporterar, accelererar och hettar upp plasmor i tunna gränsskikt och som kontrollerar struktur och dynamik hos jordens magnetosfär. Uppsändningen planeras till Alfvénlaboratoriet och IRF i Uppsala deltar med instrumentation. Chandrayaan-1 planeras sändas upp i en bana kring månen 2007/08 inom det indiska rymdprogrammet med en livstid på två år. IRF i Kiruna bidrar med ett partikelinstrument ombord. På längre sikt finns också några bi- och multilaterala projekt som ännu inte beslutats men som redan röner stort svensk intresse. Bland dessa kan nämnas JDEM, ett NASA-finansierat projekt som nu lysts ut för anbud med uppskjutning cirka Avsikten är att undersöka vad som utgör den mörka energin. Ett av projekten som tävlar om denna utlysning är det Berkeley-ledda SNAP (SuperNova/Acceleration Probe) där Stockholms universitet deltar. Sidan 24 av 86

27 Fusion Den framtida fusionsforskningen, från ca 2010, sett ur Europeiskt perspektiv, kan beskrivas med i) ITER + JET + Accompanying program + W-7AX stellarator + MAST sfärisk tokamak + IFMIF, och efter ca 2030 ii) DEMO/PROTO. ITER- tokamaksamarbetet upprättat av sex partners Europa, Ryssland, Japan, Korea, USA och Kina. Beslutat i juni 2005 om placering i Europa (Cadarache, Frankrike). Från 2005 har Indien kommit med som en full partner. ITER beräknas tas i drift ca ITER ingår som ett prioriterat projekt på ESRFIs lista samt placerades högst över Department of Energy s planering av nya forskningsanläggningar. Infrastruktur planeras i Europa genom EURATOM samt genom en ny organsiation for ITER, European Legal Entity (ELE). Samordningen mellan ELE, EFDA, de europeiska Associationerna.och övriga ITER partners diskuteras för närvarande De svenska fusionsforskarna kan bidraga till uppbyggnaden av ITER huvudsakligen genom EURATOM:s kontrakt med den svenska associationen. Parallellt med den direkta uppbyggnaden av ITER finansieras ett Accompanying programme av EURATOM där prioriterade forskningsområden har specificerats och associationerna skriver årliga arbetsprogram och kontrakt med EURATOM. W-7X-stellaratoranläggningen byggs upp i Greifswald, Tyskland som en nationell anläggning med möjligheter för svenska forskare att bidra både till uppbyggnad av diagnostik, till modellering och senare till deltagande i det experimentella forskningsprogrammet. Projektet beräknas start omkring Svenska fusionsforskare finns med både med att planera neutrondiagnostik och att modellera den tredimensionella magnetstrukturen. Högenergifysik CNGS (CERN Neutrinos to Gran Sasso) är ett projekt där muonneutriner produceras vid SPS på CERN. Dessa neutriner passerar sedan under jord till Gran Sasso laboratoriet i Italien, 730 km från CERN. Detektorn, som är under uppbyggnad, är optimerad för att observera muonneutriner som är ett resultat av oscillation av muonneutrinerna på vägen mellan CERN och Gran Sasso. Projektet är motiverat av de resultat från Superkamiokande experimentet i Japan där man observerat ett underskott i flödet av muonneutrinerna producerade i atmosfären. Projektet startade år 2000 och man beräknar att den första strålen av neutriner från CERN ska levereras sommaren Inga svenska forskare deltar i dagens läge i detta projekt. T2K är ett nästa generations neutrino-oscillationsexperiment som planeras i Japan med start Inga svenska forskare deltar i projektet. CLIC är ett projekt som CERN bedriver vid sidan av uppbyggnaden av LHC för att studera och utveckla en realistisk teknologi till rimlig kostnad för en linjär elektron-positronkolliderare (CLIC) i energiområdet 0,5 5 TeV. LHC kommer under en 10 års period att tillföra unik ny information i TeV-energiområdet. Det finns emellertid frågeställningar som kommer att vara svåra att testa vid LHC. Elektron-positronkolliderare kan vara ett komplement till LHC genom att möjliggöra precisionsmätningar av observationerna gjorda vid LHC. Frågeställningar som med fördel kan adresseras vid CLIC är: noggranna studier av lätta Higgs-partiklar, upptäckten av tyngre Higgs-partiklar, och CP-brottsmätningar i Higgs-sektorn. För fysiken bortom Standardmodellen skulle CLIC kunna besvara frågor rörande supersymmetri med noggranna mätningar av spartiklar och påvisande av extra dimensioner. CLIC-projektet är ett komplement till det internationella linjärkolliderar-projektet ILC (se nedan). I testprogrammet för CLIC (CTF3) deltar en forskargrupp vid UPPSALA UNIVERSITET. ILC är ett världsomspännande samarbete för att etablera en design för nästa generations elektronpositron partikelaccelerator i energiområdet 0,5 1 TeV jämfört med 0,5 5 TeV för CLIC. ILC och CLIC är två komplementära projekt för att ta fram en design för en elektronpositronlinjärkolliderare. Tidsskalan för de båda projekten är helt olika. Fysikmotivationen till att konstruera ILC är den samma som för CLIC (se ovan). Inga svenska acceleratorfysiker är i Sidan 25 av 86

28 dagens läge engagerade i själva acceleratorprojektet. Däremot är en grupp från Lunds universitet involverad i ett detektorutvecklingsprojekt. Kärnfysik AGATA (Advanced Gamma Tracking Array) är nästa generations europeiska detektorprojekt för högupplösande gammaspektroskopi Tekniken kring AGATA, med spårrekonstruktion av fotonerna, gör det möjligt att fullt utnyttja framtidens anläggningar för radioaktiva jonstrålar. AGATA-detektorn kommer att bli en integrerad del av NUSTAR experimentet vid FAIR. Svenska forskargrupper vid KTH och Uppsala universitet har varit drivande i utvecklingen av detta projekt och Sverige har därmed en stark position inom projektet. AGATA-projektet är inne i sin första demonstrationsfas, som ska vara slutförd Denna ska leda fram till en teknisk verifiering av konceptet för spårrekonstruktion. De svenska forskargrupperna vid Chalmers, KTH, Lunds universitet och Uppsala universitet har 2005 erhållit finansiering från VR som bidrar till en svensk klustermodul till en demonstrator för AGATA. FAIR (behandlas även längre fram). Världsledande anläggning för hadron- och kärnfysik. Ett ursprungligen tyskt projekt blir ett internationellt samarbetsprojekt. Tyskland står för 75 % av investeringskostnaden. Samtliga svenska grupper inom kärn och hadronfysik prioriterar FAIR högt och avser utföra huvuddelen av sin forskning där. Sverige kan bidraga med avsevärda inkind bidrag (bl.a CRYRING) till konstruktionen av faciliteten. Vetenskapsådet har deltagit i preparationsfasen för att ta fram nödvändiga tekniskt-vetenskapliga dokument samt avtal och kostnadsberäkningar inför beslut. EURISOL kan beskrivas som en kraftigt uppgraderad version av CERN-ISOLDE. Här planerar man att producera radioaktiva jonstrålar genom att utnyttja högintensiva protonstrålar. Detta kommer att ge jonstrålar som är 2 3 storleksordningar mer intensiva är de som är tillgängliga i dagsläget. Detta kommer att kompletteras med ny instrumentering. Flera alternativa placeringar av EURISOL diskuteras. En möjlighet är att förlägga anläggningen vid CERN som därigenom får en breddad användarbas. Tidsskalan för konstruktion och operation av EURISOL ligger runt år 2020 och under 2005 inleddes en omfattande designstudie. Rekommendationer Infrastrukturer under uppbyggnaad Det är av högsta prioritet att fullfölja de infrastrukturprojekt som är under uppbyggnad samt att det planeras för dessa infrastrukturers drift och användning för högklassig forskning. Detta gäller bl.a. Large Hadron Collider (LHC) vid CERN som samlar all ledande expertis i världen för nästa generations partikelfysikexperiment. Sverige har investerat betydande belopp i ATLAS och ALICE detektorerna. Denna accelerator är under uppbyggnad och ska tas i bruk sommaren LHC kommer att kollidera protoner och tunga joner vid energier som hittills inte varit tillgängliga någon annanstans i världen. CERN kommer under de närmaste åren att vara centrum för världens högenergifysikforskning, och svenska forskargrupper från KTH, LU, Stockholms universitet och Uppsala universitet är starkt engagerade i uppbyggnaden av två av de fyra experimenten kring LHC, nämligen ATLAS och ALICE. ATLAS och ALICE detektorer är redan delvis operationella och man har påbörjat att testa detektorsystemen genom att registrera spår från kosmiska myoner. IceCube Världens ledande teleskop för neutrinofysik är under uppbyggnad vid sydpolen av USA, Tyskland, Sverige och Belgien och kommer fullt utbyggt att täcka en volym på en Sidan 26 av 86

29 kubikkilometer. Det bygger på de erfarenheter man erhållit med föregångaren AMANDA. IceCUBE byggs successivt ut och beräknas bli klart runt 2010, men används redan nu under konstruktionsfasen. Atacama Large Millimeter Array (ALMA). Denna radiointerferometer för millimeterområdet ska placeras på Chajnantor i norra Chile. Anläggningen som beräknas tas i drift omkring 2011 är ett samarbete mellan Europa, Nordamerika och Japan. Instrumentet kommer att bestå av 50 teleskop, vart och ett med 12 m diameter. Upplösningen vid de kortaste våglängderna kommer att bli lika bra eller bättre än Hubble Space Telescope. Svenska astronomer från Onsala är engagerade i konstruktionen av flera detektorer till projektet. ALMA kommer, då det färdigställts, att vara det viktigaste instrumentet inom radioområdet. En gemensam nordisk plattform för utnyttjande av ALMA diskuteras. ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor). Fusionsanläggning som blir bryggan mellan dagens plasmafysikstudier och morgondagens energiproducerande fusionskraftverk. ITER byggs i Cadarache i södra Frankrike i samarbete mellan Kina, EU, Indien, Japan, Korea, Ryssland och USA. Anläggningen beräknas bli taget i drift ITER kommer att vara det centrala experimentet inom den internationella fusionsforskningen under många år och det är mycket angeläget att de svenska fusionsforskarnas insatser fokuseras effektivt mot ITER frågeställningar. De svenska fusionsforskarna kommer att bidra till uppbyggnaden av ITER huvudsakligen genom EURATOMs kontrakt med den svenska associationen. Infrastrukturprojekt mogna för beslut om konstruktion på kort sikt Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR). Kärn- och hadronfysik är inne i ett skede där stora satsningar sker i Europa och runt om i världen. För att möjliggöra djupare förståelse av atomkärnornas och hadronernas värld krävs acceleratoranläggningar med kapacitet vida överstigande de existerande med avseende på strålintensitet, strålkvalitet och exotiska sekundärstrålar som radioaktiva kärnor och antiprotoner. Parallellt pågår en liknande process för att ta fram nya detektorsystem som ytterligare flyttar fram den experimentella frontlinjen vad effektivitet och selektivitet anbelangar. Utvecklingen inom kärnstrukturfysiken går mot att utnyttja strålar av sällsynta radioaktiva isotoper. Detta ger möjlighet att producera och experimentellt studera betydligt fler exotiska kärntillstånd, med extrema förhållanden mellan antalet neutroner och protoner, än vad som är möjligt med stabila jonstrålar. Extrema bundna och obundna nukleära systemen kan studeras i de lättaste kärnorna och tyngre kärnor bortom de stabila isotoperna kan uppvisa avvikelser från skalmodellen. Studier av exotiska atomkärnor har direkt koppling till nukleosyntesen i Universum, då de relevanta processerna i t.ex. stjärnor och supernovor till stor del involverar dessa. Inom hadronfysiken, där den starka växelverkan studeras i mer detalj, sker en likartad utveckling. Utvecklingen går mot acceleratorer med högintensiva proton- eller elektronstrålar som kan producera intensiva sekundärstrålar av antiprotoner, andra kortlivade partiklar eller fotoner. Orsaken är att annihilation mellan antiprotoner och protoner är utmärkta processer för att skapa nya partikeltillstånd. Systematiska studier av dylika är ett instrument för att undersöka både dynamiken hos den starka växelverkan och uppkomsten av nya former av materia. Teknisk översikt av FAIR FAIR-anläggningen kommer att byggas upp kring den befintliga GSI faciliteten. Huvudkomponenten i det nya accelerator komplexet kommer att vara en dubbelring med en omkrets på 1200 m. Ett system av lagringsringar innehållande en elektronkylningsanläggning för att effektivt kyla de högenergetiska partikelstrålarna kommer att konstrueras. De existerande GSI Sidan 27 av 86

30 acceleratorerna kommer att tjäna som injektor till den nya faciliteten. Den planerade dubbelring synkrotronen kommer att producera partikelstrålar med mycket hög intensitet som ska användas för att producera sekundära strålar av instabila kärnor och antiprotoner. Konceptet med en dubbelring synkrotron gör det möjligt att parallellt producera strålar till flera olika experimentstationer samtidigt. Överblick över internationell utveckling FAIR kommer att bli ett av världens ledande laboratorier för studier inom framförallt kärnfysik men det vetenskapliga programmet spänner också över studier inom atomfysik och astrofysik. FAIR kommer att producera strålar av radioaktiva kärnor med mycket hög intensitet. I Japan och USA planeras liknande faciliteter för dessa ändamål. Betydelsen för svensk forskning Ett svenskt medlemskap i FAIR, med deltagande i PANDA och NUSTAR experimenten, ges enhälligt högsta prioritet inom svenska kärn- och hadronfysiken. Detta är första gången som en anläggning engagerar hela det svenska forskarsamhället inom kärn- och hadronfysik. En hearing om FAIR hölls den 4 mars Användare Fysiker vid samtliga svenska universitet och högskolor som är verksamma inom kärn- och hadronfysik har deklarerat sitt intresse för att genomföra experiment vid FAIR. Det finns också ett starkt intresse bland svenska atomfysiker för anläggningen. Utöver detta bidrar svenska acceleratorfysiker till acceleratorbygget. SFAIR, har bildats för att fungera som ett samarbetsforum för de svenska intressenterna och kontaktyta mot VR. Det finns också ett starkt intresse bland de svenska teoretiker att engagera sig i de frågeställningar som adresseras vid FAIR. Behov och överväganden för att konstruera faciliteten Sverige har genom VR undertecknat ett Memorandum of Understanding. Detta kommer att under 2006 följas upp av ett formellt åtagande från svensk sida om ett deltagande som partner för uppförandet av faciliteten. Förhandlingar om detta kommer att starta inom en snar framtid. Sverige bör i dessa förhandlingar noga undersöka möjligheten att bidra till konstruktionen genom in-kind bidrag både för acceleratorerna och experimenten. Budget Investeringskostnaderna för konstruktionen av faciliteten är under utarbetande och de kommer att vara tillgängliga ganska snart. Det har preliminärt angetts en siffra på ca 10 Mkr av vilket Tyskland kommer att betala 75 %. De återstående 25 % ska delas mellan de övriga involverade länderna. Hur organisationen för detta ska se ut kommer att fastställas i de förestående förhandlingarna. Hur mycket av det svenska bidraget som kan täckas av in-kind bidrag bör utredas. Utredning om relationer mellan mark- och rymdbaserade infrastrukturer inom astronomi och astropartikelfysik I den föreliggande långsiktiga planen berörs rymdbaserade faciliteter endast flyktigt trots att de spelar en mycket väsentlig roll i den forskning som bedrivs inom områdena för Beredningsgrupperna 1 och 3. Att rymdverksamheten till stor del lämnats utanför hänger samman med att dessa forskningssatsningar has omhand av flera olika aktörer, speciellt Rymdstyrelsen,. I enlighet med resultat av informella diskussioner mellan KFI och övriga aktörer kommer man att utreda möjligheter till en vidgad samordning, för att få en optimal infrastruktur till stånd och främja ett effektivt resursutnyttjande. Sidan 28 av 86

31 Syfte Syftet med denna utredning bör vara att tillsammans med Rymdstyrelsen definiera problemen och konkret formulera hur dessa frågor ska hanteras i framtiden. Behov Inom både astrofysik och astropartikelfysik planeras ett stort antal projekt av rymd- eller ballongbaserad natur inom både ESA och NASA. Många av dessa har svensk medverkan antingen inom ESAs ram eller som individuellt svenskt deltagande, t ex ODIN, JWST (SU), Herschel (Chalmers), och GLAST (KTH och SU). Huvudvikten av ESFRI:s verksamhet är inriktad mot markbundna projekt och de rymdbaserade diskuteras därför inte. De finns dock flera projekt som i kombination med markbundna instrument, utgör viktiga delar av de expermentella insatserna i astropartikelfysik och kosmologi. Möjlig betydelse för framtida forskning En samordning mellan VR och Rymdstyrelsen bör kunna förbättra möjligheterna för svenska forskare att på ett effektivt sätt utnyttja de infrastrukturer som finns eller planeras för framtiden. Det bör ge utökade möjligheter eftersom mark och rymdbaserade faciliteter ofta kompletterar varandra. Långsiktiga förslag av paneuropeiskt intresse ELT (Extremely Large Telescope). Ett Extremely Large Telescope har i ESO:s strategiska plan fram till 2020 givits högsta prioritet. Tidsskalan för ELT projektet är och det finns med på ESFRI-listan List of Opportunities. Slutligt beslut om satsningen, vars totalkostnad beräknas närma sig 1 miljard Euro, är planerat för år En europeisk styrgrupp för ELTutveckling finns, där VR är representerat. Finansieringen av ELT kommer att ske inom ramen för ESO samarbetet. SKA (Square Kilometer Array). Detta är en långvågig radiointerferometer med en ungefärlig yta av en kvadratkilometer. Detta kommer att komplettera ALMA för längre våglängder. Tidsskalan för SKA är Det är nämnt som ett global project på ESFRI-listan List of Opportunities. Sidan 29 av 86

32 6. Infrastruktur för molekyl-, cell- och materialforskning (bg2) Beredningsgrupp-2, BG-2, ansvarar för en stor del av infrastrukturen för svensk naturvetenskaplig, teknisk och medicinsk forskning. Denna forskning är av högsta vikt inte bara de anmärkningsvärt stora vetenskapliga framsteg som just nu görs utan även för den betydelse forskningen har för såväl landets välstånd och tillväxt som för människors välbefinnande och hälsa. Svenska forskare använder ett stort antal nationella och internationella anläggningar och laboratorier. Dessutom är flera nya strukturer under uppförande eller i planeringsstadiet. Det kan betonas att för flera av anläggningarna är användningsområdet mycket brett och att fysiker, kemister, medicinare och biologer arbetar sida vid sida. Detta gör att sanna tvärvetenskapliga perspektiv byggs in i forskningen och speciellt viktigt är att forskarstuderande och yngre forskare på ett naturligt sätt exponeras för varandras verksamheter, vilket skapar goda möjligheter för generering av helt ny verksamhet. Inom BG-2 ligger bland annat synkrotronljuslaboratorier, neutronkällor, frielektronlasrar, renrum/nanolaboratorier, jontekniska anläggningar och medicinska core faciliteter. Inom samtliga dessa strukturer pågår en snabb utveckling som vissa fall är rentav revolutionär, eftersom utvecklingen indikerar att helt nya forskningsområden är under utveckling. Vi har valt att dela in verksamheten i Synkrotronljusforskning Neutronforskning Frielektronlasrar Renrum/Nanolaboratorier Biomedicinsk infrastruktur. Det biomedicinska området tangerar i vid bemärkelse frågeställningar som rör betingelserna för liv, och där förhållanden i litosfären, biosfären och närmiljön förutsätter en samordning och samverkan mellan många naturvetenskapliga discipliner, kemi, fysik, datavetenskap, biomedicin och biovetenskap i allmänhet. Utveckling och underhåll av olika avancerade nationella och internationella teknikplattformar, biobanker och databaser, som beskrivits ovan, är ju också viktiga redskap för att nå dessa mål. Dessa behov och övergripande frågeställningar beskrivs mer ingående i områdesöversikten för beredningsgruppen Jorden och dess nära omgivning. För vart och ett av ovanstående områden indikerar vi befintliga och nya anläggningar av intresse för Sverige. Synkrotronljusforskning Synkrotronljus skapas i stora lagringsringar när elektroner accelereras till hastigheter mycket nära ljushastigheten. När dessa relativistiska elektroners bana böjs av i ett magnetfält skapas elektromagnetisk strålning som kallas synkrotronljus. Denna typ av ljus har unika egenskaper i form av intensitet, polarisation, avstämbarhet och kollimering. Synkrotronljus används av forskare inom ett mycket stort antal vetenskapsgrenar, från grundläggande fysik och kemi till biologi/medicin och materialvetenskap/teknik. Totalt använder över 1000 forskare och studenter i Sverige synkrotronljus i sin verksamhet. Ett stort antal (>10) Sidan 30 av 86

33 anläggningar över hela världen används men för tillfället koncentreras det svenska utnyttjandet till MAX-lab i Lund och ESRF i Grenoble. Forskningen med synkrotronljus befinner sig i en snabb utveckling såväl på maskinsidan som tillhörande instrumentering. För närvarande byggs flera nya anläggningar i Europa, av vilka kan nämnas Diamond i England, Soleil i Frankrike, Petra III i Tyskland och Alba i Spanien. Befintliga synkrotronljuslaboratorier MAX-lab MAX-lab ( är ett nationellt laboratorium för forskning med synkrotronljus och högenergetiska elektroner och är beläget i Lund. Laboratoriet har nära 700 användare per år från omkring 30 olika länder. Forskning bedrivs inom ett för svenska förhållanden mycket stort antal områden och alla landets stora universitet och högskolor har forskare som gör experiment vid MAX-lab. Stråltid för experiment vid MAX-lab, liksom vid de flesta synkrotronljuslaboratorier, erhålls via en experimentansökan som bedöms av en internationell programkommitté. Vid denna bedömning tas enbart hänsyn till förslagens och forskarnas vetenskapliga excellens. Behovet av stråltid överskrider tillgången med mellan en faktor två till sex beroende på strålrör och experiment. Forskningen vid MAX-lab är baserad på tre lagringsringar för elektroner. Av dessa är MAX-I ringen (550 MeV) den äldsta och forskningen vid MAX-I har nu varit tillgänglig för användare i snart 20 år. MAX-III (700 MeV) är den nyaste och forskningen vid denna ring håller nu på att startas. Huvuddelen av verksamheten utförs dock vid MAX-II-ringen (1,5 GeV) som nu varit i drift i cirka 10 år. VR och andra forskningsfinansiärer har ett flertal gånger utvärderat verksamheten och den har alltid befunnits hålla högsta kvalitet. En bidragande faktor till framgången med MAX-lab är att man genom ett mycket innovativt och genialiskt arbete inom acceleratorfysik/teknik vunnit världsrykte genom unikt kostnadseffektiva och samtidigt högkvalitativa konstruktioner. Forskningen har även lett till svenska teknikutvecklingar inom bland annat elektronspektroskopi och röntgenspektroskopi, vilket skapat nya företag och verksamheter utanför akademin. ESRF European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) ( i Grenoble, Frankrike är en 6 GeV lagringsring för elektroner. ESRF togs i bruk 1994 och anläggningen besöks numera av över 5000 forskare årligen. Totalt är 18 europeiska länder medlemmar i ESRF. Sverige deltar tillsammans med de nordiska länderna i ESRF via NORDSYNC samarbetet. NORDSYNCs bidrag till ESRFs budget är nominellt 4% fördelade mellan medlemsländerna enligt: Danmark 28,5%, Finland 16%, Norge 14% och Sverige 41,5%. Fördelningen av tillgänglig stråltid vid ESRF sker på basis av vetenskaplig excellens. De nordiska länderna är vetenskapligt mycket framgångsrika och erhåller i de vetenskapliga utvärderingarna närmare 6 % av stråltiden vid ESRF. Bidraget från NORDSYNC till ESRF var därför under 2004 förutom den ordinarie avgiften , baserad på 4% deltagande, en extra avgift på ,40 för att täcka kostnaden för överutnyttjande. Frågan om en eventuell ökning av NORDSYNCs bidrag från 4% till 5% har dryftats vid ett antal tillfällen I ESRF Council. Nordsync är i princip positivt till en ökning till 5%, men man har hittills inte kunnat ena sig om hur kostnaden ska fördelas. Verksamheten vid ESRF omfattar hela det vetenskapliga spektrat från grundläggande studier inom basvetenskaperna till tillämpad forskning. Eftersom elektronenergin är så hög som 6 GeV har verksamheten en inriktning mot strukturstudier där hård röntgenstrålning används. Sidan 31 av 86

34 Svenska användare av ESRF kommer från flera forskningsgrenar. Totalt 20 projekt tilldelades stråltid under 2004, varav en större del (71%) gick till proteinkristallografi och strukturbiologi. ESRF används också framgångsrikt av fysiker för studier av starkt korrelerade elektroner, ytdiffraktion, EXAFS, och magnetism. Forskargrupper från oorganisk kemi studerade bl. a. röntgenmikroskopi och mikrofluorescens. Utvecklingen inom synkrotronljusforskningen går snabbt framåt och vid ESRF diskuteras hur en uppgradering av anläggningen ska se ut. Denna process motiveras delvis också av att flera europeiska länder bygger synkrotronljuslaboratorier med lagringsringar som troligtvis kommer att konkurrera mycket framgångsrikt prestandamässigt med ESRF i lågenergiområdet. Dessa förändringar bör tas i beaktande inför ett beslut om en framtida ökning av NORDSYNCs medlemsandel i ESRF. Swiss Light Source Swiss Light Source, SLS, ( vid Paul Scherrer Intstitut (PSI) är en 2,4 GeV tredje generationens synkrotronljuskälla. Det är en forskningsanläggning som producerar ljus av högsta briljans och stabilitet. För närvarande har SLS fem strålrör öppna för användare och är därmed i dag en liten anläggning med avseende på det totala antalet användare. SLS karakteriseras av mycket hög strålstabilitet och fotonintensitet. Den senare uppnås genom att anläggningen körs i s.k. top-up, vilket innebär att elektronstrålen hela tiden hålls vid konstant strömstyrka. En viktig utveckling vid SLS är det i s.k. FEMTO-projektet som avser att utveckla en pulsad källa med fs långa hårdröntgenpulser. Övriga Förutom ovan nämnda anläggningar, använder svenska forskare ett stort antal synkrotronljuskällor i världen. Inom Europa ska nämnas BESSY II, DORIS III och ELETTRA. BESSY II ( ligger i Berlin, är baserad på en 1,7 GeV lagringsring och har varit i funktion sedan Svenska forskare använder BESSY främst för studier av magnetism och inom molekylfysik. DORIS III ( är en 4,45 GeV lagringsring vid HASYLAB i Hamburg. Verksamheten vid DORIS III och dess föregångare har varit av största betydelse för den svenska forskningen. Vid DORIS III finns cirka 35 strålrör varav de flesta arbetar inom röntgenområdet. Fortfarande används DORIS III av svenska forskargrupper även om nyttjandet nu är lägre än tidigare. ELETTRA ( är beläget i Trieste, Italien och är en tredje generationens ljuskälla med en elektronenergi på som kan varieras mellan 2,0 och 2,4 GeV. Vid ELETTRA finns drygt 25 strålrör med tillhörande experimentstationer. ELETTRA används främst av svenska fysiker för elektronstrukturstudier. Av de synkrotronljuskällor utanför Europa som används av svenska forskare kan nämnas Advanced Photon Source (APS) i Argonne, USA, Advanced Light Source (ALS) i Berkeley, USA, och Spring-8 i Japan. Av dessa är APS och Spring-8 lagringsringar som genererar hårdröntgen medan ALS är en tredje generationens lagringsring inriktad mot studier i mjukröntgenområdet. Alla källorna används av svenska forskare vid speciella studier som med svårighet eller inte alls kan göras i Europa. Sidan 32 av 86

35 Nya synkrotronljusanläggningar Efterfrågan på högkvalitativt synkrotronljus har varit så stor att flera länder i Europa har startat eller planerar att starta nya nationella laboratorier. Dessa har en profilering mot röntgenområden och framförallt mot strukturstudier av komplicerade material och makromolekyler. Även i Sverige pågår en planering för ett nytt synkrotronljuslaboratorium, MAXIV. MAX IV Vid MAX-lab har under en tid pågått planering för ett nytt laboratorium, MAX IV. Denna utveckling har stötts av bland annat Vetenskapsrådet och K&A Wallenbergs stiftelse. MAX IV laboratoriet planeras att bestå av tre lagringsringar för elektroner: en 1,5 GeV ring och en 3 GeV ring som ska placeras ovanpå varandra samt en omlokaliserad MAX III ring. Dessutom planeras konstruktion av en frielektronlaser i ett senare skede. De nya 1,5 GeV och 3 GeV ringarna kommer enligt planerna att ha bättre prestanda än någon idag existerande lagringsring vad avser emittans hos ljusstrålen. För 1,5 GeV ringen blir ε x = 0.34 nmrad och för 3 GeV ringen blir ε x = 0,8 nmrad. MAX-lab sände under hösten 2005 en rapport till Vetenskapsrådet/KFI som beskrev den tekniska designen av acceleratorsystemet. En internationell expertgrupp under ledning av professor Ö. Skeppstedt, SU, tillsattes för att utvärdera förslaget. Gruppen lämnade ett yttrande till KFI i januari I rapporten från utvärderingsgruppen kan bland annat läsas The committee finds the design concept sound. It offers a source with an order of magnitude higher brightness than other third generation synchrotron radiation sources and it is judged by the committee to be a base for detailed design study. Efter det positiva utlåtandet om acceleratorkonceptet har MAX-lab nu gått vidare och sänt in en Conceptual Design Report till KFI. Denna rapport omfattar både ett vetenskapligt program för laboratoriet och en detaljerad plan för hur de första 15 strålrören vid laboratoriet ska byggas ut. I arbetet som ligger till grund för rapporten har ett flertal olika workshops och seminarier arrangerats och över 300 forskare har varit inblandade i arbetet. KFI håller för närvarande på att tillsätta internationella utvärderare till denna framställan och BG- 2 avstår därför från mera detaljerade yttrande och kommentarer. PETRA III För en kostnad av 250 M bygger nu den tyska regeringen och staden Hamburg om kolliderarringen PETRA till en mycket högpresterande lagringsring för synkrotronljus, PETRA III ( Anläggningen beräknas vara i drift 2009 och kommer att ha 14 strålrör och över 30 experimentstationer. Bland de experiment som planeras kan nämnas proteinkristallografi, lågvinkelspridning, och koherent avbildning. Som framgår av tabellen nedan kommer PETRA III att ha en briljans som för närvarande inte uppnås vid någon annan synkrotron i världen. I första hand den låga emittansen, men också den höga elektronenergin, ger PETRA III unika prestanda som kommer att möjliggöra försök i den absoluta fronten inom strukturforskningen. Speciellt kommer detta att ge möjligheter att studera mycket små prover med stora enhetsceller, som biomolekylära material. Den höga energin och möjlighet till finkollimering kommer att möjliggöra studier till atomär upplösning med en tidsupplösning som medger direkta studier av reaktionsförlopp. Sidan 33 av 86

36 ε x [nmrad] E [GeV] ε x / E 2 USR 0,3 7,0 0,006 PETRA III 1,0 6,0 0,027 SPring8 3,4 8,0 0,053 APS 3,0 7,0 0,061 ESRF 3,9 6,0 0,110 Diamond 2,5 3,0 0,200 Soleil 3,0 2,5 0,480 SLS 4,4 2,4 0,760 ELETTRA 7,0 2,4 1,220 BESSY II 6,0 1,9 1,660 Spear III 18,0 3,0 2,000 MAXII 9,0 1,5 4,000 ANKA 41,0 2,4 6,560 DORIS III 450,0 4,5 22,20 Table I: Emittance (ε x ), particle energy (E) and normalized emittance ( x / E 2 ) of a number of operating and planned storage rings. USR denotes a study about an ultimate storage ring carried out by the ESRF (Ropert, A., Filhol, J., Elleaume, P., Farvacque, L., Hardy, L., Jacob, J. & Weinrich, U.: Towards the ultimate storage ring-based light source. Proceedings of the 7 th European Particle Accelerator Conference (EPAC 2000), pages 83 87, 2000). Sammanfattningsvis kan konstateras att det är av stor vikt för svenska forskare och KFI att följa utvecklingen vid DESY och PETRA III. Det kan därför i en nära framtid bli aktuellt med en starkare fokusering och prioritering av utvecklingen i Hamburg. SOLEIL SOLEIL ( är en ny nationell fransk synkrotronljuskälla som byggs utanför Paris. Anläggningen planeras att börja leverera ljus under 2006 och kommer att öppnas för användare under Soleil får en 2,75 GeV lagringsring med en omkrets på 354 meter och 24 raksträckor och liknar i konstruktion och prestanda synkrotronen DIAMOND, som byggs utanför Oxford, England (se nedan). I motsats till DIAMOND kommer SOLEIL att specialiseras på användning av dess synkrotronljusets speciella kortpulsstruktur. Man har utvecklat ett nytt sätt att alstra subpicosekund-röntgenpulser som ska leverera fotonintensiteter som är lika höga som de som uppnås vid normal användning av synkrotronen. Vid SOLEIL ska de korta pulserna uppnås genom s.k. CRAB kaviteter som delar upp elektronstrålen transversellt. Liknande utvecklingar sker även vid APS i Argonne, USA och Spring-8 i Japan. Utvecklingen av röntgenpulser i femtosekundskalan förutspås allmänt att ha mycket stort vetenskapligt värde genom att det möjliggör studier av en kombination av spektroskopi och strukturbiologi i femtosekunds-regimen. Intresset för forskning med ultrakorta röntgenpulser är stort i Sverige, eftersom svenska forskare redan har en internationellt ledande ställning inom detta forskningsområde. DIAMOND Diamond ( är ett nationellt synkrotronljuslaboratorium som nu byggs på Harwell Chilton Science Campus, vid CCLRC Rutherford Appleton Laboratory i South Oxfordshire, UK. Diamond baseras på en 3 GeV lagringsring med 24 celler och en omkrets på 560 meter. Det är planerat att anläggningen ska öppnas för användare tidigt under I den första fasen kommer sju strålrör att vara färdiga, varav kan nämnas tre för makromolekylär kristallografi, samt strålrör för mikrofokus och nanovetenskap Då anläggningen fullt utbyggd kommer den att kunna härbärgera omkring 40 olika experimentstationer. Sidan 34 av 86

37 Uppskattning av det framtida behovet av synkrotronstrålning Utvecklingen inom synkrotronljusforskningen går mycket snabbt och de svenska forskarnas behov av kan förväntas öka. Detta genom att flera vetenskaper nått en nivå då karakterisering på nano- eller atomnivå blir nödvändig. Detta gäller inom såväl inom bio- och materialvetenskap som inom avancerad elektronik. Det blir nödvändigt att noga följa den internationella utvecklingen och då speciellt inom röntgenforskningen. Svenska forskare får idag sina behov av stråltid i stor utsträckning tillgodosedda via ESRF och MAX-lab. Som påpekats ovan har Sverige nu en viss överanvändning av ESRF. Detta kan förväntas vara fallet även under de närmaste två till tre åren. Situationen kan dock förändras när de nya synkrotronljuskällorna DIAMOND, SOLEIL och PETRA III startar och har genomgått sin första fas. Speciellt PETRA III kommer att erbjuda unika experimentförhållanden, som KFI måste beakta i sitt arbete. En intressant utveckling är också att helt kommersiella företag och industrier nu i allt större utsträckningen upphandlar synkrotronljustid. KFI/VR har tillsammans med bland annat Vinnova ett ansvar för dessa får sina behov tillgodosedda. Speciellt gäller detta för mindre och medelstora företag som inte kan hålla sig med egna staber av specialiserade forskare. Designen av MAX IV ger förhoppningar om den ultimata synkrotronljuskällan, åtminstone inom mjukröntgenområdet. KFI arbetar just nu med utvärderingen av det nyligen inkomna förslaget varför alla ställningstaganden i nuläget är förhastade. Dock kan konstateras att MAX-lab tidigare har visat prov på en unik förmåga till nytänkande såväl inom acceleratorsystem som inom instrumentering. Frielektronlasrar Genom de stora framsteg som gjort inom acceleratorteknologin under det senaste decenniet har det nu blivit möjligt att skapa koherent laserliknande strålning i röntgenområdet. Denna typ av ljuskällor kallas frielektronlasrar och är i korthet baserad på en kraftig linjäraccelerator för elektroner, som ger elektronerna en hastighet mycket nära ljushastigheten och en periodisk magnetstruktur, som ger elektronstrålen en mycket väldefinierad undulerade rörelse från vilken den koherenta strålningen genereras. Såväl internationellt som i Sverige har det skapats mycket stora förväntningar på de nya frielektronlaserkällorna. Dessa kommer också att ha helt unika prestanda i form av extremt höga intensiteter, korta våglängder (λ 1Å) och korta pulser ( 10 fs). Detta gör att helt nya forskningsfält kan komma att öppnas och att det för första gången blir möjligt att korrelera dynamiken hos strukturella förändringar med elektronstrukturen. Denna typ av kunskap är nödvändig för en mera fullständig förståelse av laddningsöverföringsprocesser. Men även mera exotiska studier som kokning av vakuppsala universitetm och holografisk stroboskopisk avbildning av celler kan bli möjliga. Utvecklingen av frielektronlasrar i röntgenområdet sker idag vid Linac Coherent Light Source (LCLS), Stanford och European X-ray Free-Electron Laser Laboratory (XFEL) i Hamburg. LCLS kommer att bli världens första källa för laserröntgen när den startar cirka I Hamburg beräknas verksamheten vid XFEL kunna startas En förutsättning är dock att de europeiska länderna kan nå en uppgörelse om de finansiella villkoren. Dessa förhandlingar är nu inne i ett intensivt skede och klarhet om utfallet kan förväntas till sommaren. I Hamburg har sedan drygt ett halvår gjorts experiment med världens första frielektronlaser i mjukröntgenområdet. Resultaten från denna och den tidigare testfaciliteten i Hamburg är mycket lovande. Sidan 35 av 86

38 Även inom mjukröntgen och VUV-området pågår en utveckling av frielektronlasrar i Europa. I Trieste, Italien, har finansiering erhållits för att starta FERMI-projektet, i Berlin, Tyskland, finns ett förslag om att bygga BESSY-FEL, i Daresbury, UK, finns långt framskridna planer på att bygga 4-GLS och i MAX IV-förslaget från Lund ingår planer på en VUV frielektronlaser. Denna utveckling har ansetts så viktig att European Strategy Forum on Research Infrastructures (ESFRI) tagit upp ett nätverk av frielektronlasrar på sin List of Opportunities till EUkommissionen. Vetenskapsrådet har varit aktivt i diskussionen kring svenska bidrag i utvecklingen och forskningen kring frielektronlasrar. Generaldirektören, professor Pär Omling, skrev i September 2004 under ett Memorandum of Understanding (MOU) för Sverige avseende den förberedande fasen av XFEL i Hamburg. En kraftigt bidragande anledning till Vetenskapsrådets engagemang i dessa frågor är den starka position och stora engagemang som svenska forskare har i frågor avseende forskningen med och utvecklingen av frielektronlasrar. Både i projekten på Stanford och i Hamburg har svenska forskare haft och har mycket framträdande positioner. Figur: Utvecklingen av röntgenstrålning Sidan 36 av 86