Evropská strategie pro fyziku částic a budoucnost CERN Jiří Chýla, Fyzikální ústav AV ČR Evropská strategie pro fyziku částic: - historie - cíl - proces - výsledek Budoucnost CERN: - geografické rozšíření - programové rozšíření - připravované projekty Seminář v Karolinu k 60. výročí CERN

Výzkum mikrosvěta v dnešní době je velmi náročný - finančně - technicky - organizačně má dlouhodobý charakter - příprava urychlovačů a detektorů cca 20 let - provoz urychlovačů a zpracování dat cca 20 let potřebuje koordinovanou minimálně regionální strategii V Evropě se koordinační role ujal CERN Seminář v Karolinu k 60. výročí CERN

Historie vzniku Evropské strategie pro fyziku částic Červenec 2006: první formulace Strategie v době, kdy existovala 4 velká centra CERN: před spuštěním urychlovače LHC DESY (Německo): před uzavřením urychlovače HERA (srážky elektron-proton) v roce 2007 FERMILAB (USA): před uzavřením urychlovače TEVATRON (srážky antiproton-proton) v roce 2011 KEK (Japonsko): srážky elektron-pozitron na urychlovači KEKB Plné využití LHC, příprava na zvýšení intensity srážek Posílení výzkumu a vývoje urychlovacích technologií Koordinované evropské aktivity při přípravě Mezinárodního lineárního urychlovače elektronů a positronů ILC Aktivní role při přípravě globálního neutrinového programu Hlavní body Strategie: Seminář v Karolinu k 60. výročí CERN

Cíl evropská strategie fyziky částic Seminář v Karolinu k 60. výročí CERN

Seminář v Karolinu k 60. výročí CERN

Proces formulace evropské strategie fyziky částic Seminář v Karolinu k 60. výročí CERN Důležité kroky: 2012: několik zasedání Přípravné skupiny 2012: 4 zasedání Skupiny Evropské strategie, vytvoření pracovních skupin posuzujících různé aspekty Strategie Otevřené Symposium za účasti široké odborné veřejnosti, Krakov, září 2012 Zasedání Skupiny Evropské strategie, Erice, leden, 2013: příprava základního dokumentu Strategie Speciální zasedáni Rady CERN k Evropské strategii, Brusel, : schválení Strategie

Seminář v Karolinu k 60. výročí CERN

Position of the Czech Republic on the European Strategy in Particle Physics Current main activities in particle physics * Plans for the future Recommendations for the European Strategy Jiri Chyla * More on our current activities in „Czech Republic – midterm report“ by Jiří Chýla, PECFA Plenary, PSI, July Seminář v Karolinu k 60. výročí CERN

Doporučení ČR pro Evropskou strategii Nejvyšší prioritou Evropské Strategie by mělo být plné využití potenciálu LHC včetně modernizace pro zvýšení intenzity srážek. Evropská Strategie by měla vyjádřit podporu realizaci Mezinárodního lineárního urychlovače ILC jako globálního projektu v Japonsku. V Evropské Strategii by mělo patřit významné místo také neutrinovému urychlovačovému programu v USA Seminář v Karolinu k 60. výročí CERN

Hlavní body Evropské strategie fyziky částic Rozsáhlé vědecké aktivity s nejvyšší prioritou: Využítí LHC Seminář v Karolinu k 60. výročí CERN Objev Higgsova bosonu představuje počátek významného výzkumného programu s cílem změřit s nejvyšší možnou přesností vlastnosti této částice, testovat platnost standardního modelu a pátrat po případných projevech nové fyziky při nejvyšších dosahovaných energiích. LHC zaujímá pro uskutečnění tohoto programu jedinečné postavení. Evropskou prioritou musí být naplno využít potenciálu LHC včetně modernizace urychlovače a detektorů na vysokou luminozitu se záměrem nashromáždit zhruba do roku 2030 desetkrát víc dat, než kolik stanovil původní návrh. Toto vylepšení otevře další vzrušující možnosti také pro studium fyziky těžkých kvarků a kvark-gluonového plazmatu.

Vývoj urychlovačů a detektorů Seminář v Karolinu k 60. výročí CERN Aby si Evropa zachovala svoji čelní pozici v částicové fyzice, musí být schopna v období do další aktualizace Strategie pro fyziku částic, k níž dojde poté, co budou známy výsledky z LHC při energii srážek 14 TeV, zformulovat ambiciózní projekt nového urychlovače v CERN, jenž by byl nástupcem LHC. Je třeba, aby CERN vypracoval studie projektů nového urychlovače, a to v globálním kontextu, přičemž zvláštní pozornost je třeba věnovat proton-protonovým a elektron- pozitronovým urychlovačům dosahujícím co nejvyšších energií. Tyto studie musí jít ruku v ruce s dynamickým programem výzkumu a vývoje urychlovacích technologií…. to vše ve spolupráci s národními instituty, laboratořemi a vysokými školami po celém světě.

Existují závažné vědecké argumenty pro stavbu urychlovače elektronů a pozitronů komplementárního k LHC, jenž by dokázal studovat vlastnosti Higgsova bosonu a dalších částic s dosud nebývalou přesností a jehož energii by bylo možné po etapách zvyšovat. Byl dokončen technický návrh mezinárodního lineárního srážeče ILC (International Linear Collider), na němž se významně podílely evropské země. Iniciativa japonské částicové komunity vybudovat ILC na území Japonska je nanejvýš vítaná a evropské skupiny mají o účast vrcholný zájem. Evropa s radostí očekává japonský návrh a otevření diskuse o možné účasti. Mezinárodní lineární srážeč ILC Seminář v Karolinu k 60. výročí CERN

Rychlý pokrok ve fyzice neutrinových oscilací, k němuž Evropa významně přispěla, vede k plánům studovat narušení CP a hierarchie hmotností v neutrinovém sektoru v experimentech na velkou vzdálenost. Je třeba, aby CERN vytvořil neutrinový program, který zajistí, že Evropa bude hrát v budoucích experimentech na velkou vzdálenost výraznou roli. Evropa by měla hledat možnosti větší spoluúčasti ve významných neutrinových experimentech na velkou vzdálenost v USA a Japonsku. Experimenty s neutrinovými svazky Seminář v Karolinu k 60. výročí CERN

Další vědecké aktivity nezbytné pro rozvoj fyziky částic Seminář v Karolinu k 60. výročí CERN Evropa bude podporovat různorodý a dynamický program výzkumu v teoretické fyzice, sahající od abstraktních témat k aplikacím… Evropské experimenty s unikátním zaměřením (např. zkoumající těžké kvarků, měřící dipólové momenty, pátrající po narušení leptonového čísla) budou podporovány… CERN i národní instituty a vysoké školy budou intenzivně podporovat výzkum a vývoj v oblasti detektorů. Je třeba udržovat a dále rozvíjet infrastruktury a konstrukční kapacity pro výzkum, vývoj a stavbu velkých detektorů… Probíhá řada důležitých experimentů bez využití urychlovače na pomezí částicové a astročásticové fyziky…. CERN bude usilovat o těsnější spolupráci s evropským astročásticovým konsorciem ApPEC… Existuje množství výzkumných témat na hranici mezi částicovou a jadernou fyzikou, jež vyžadují uskutečnění speciálních experimentů. Je třeba, aby si CERN zachoval svoji způsobilost takové experimenty provádět…..

Budoucí velká experimentální zařízení v Evropě i jinde vyžadují spolupráci na globální úrovni. CERN poskytne strukturu, v jejímž rámci bude organizován globální projekt urychlovače v Evropě, a bude také vedoucím evropským partnerem v globálních projektech urychlovačů pro částicovou fyziku jinde ve světě. Možné další příspěvky do takových projektů od členských států CERN a asociovaných členů z Evropy budou koordinovány s CERN. Byla podepsána dohoda o spolupráci mezi CERN a Evropskou komisí a probíhají různé společné aktivity. Komunita částicové fyziky se aktivně zapojila do rámcových programů Evropské unie. CERN a komunita částicové fyziky budou posilovat své vztahy s Evropskou komisí, aby tak dále přispěly k rozvoji Evropského výzkumného prostoru ERA. Organizační otázky Seminář v Karolinu k 60. výročí CERN

Širší dopady fyziky částic Seminář v Karolinu k 60. výročí CERN Nedílnou součástí naší úlohy výzkumníků je zprostředkovat vzrušení z vědeckých objevů i široké veřejností. Popularizace a komunikace výsledků fyziky částic si zasluhuje přiměřené financování a musí být považována za jednu z důležitých součástí vědecké aktivity. Znalosti a technologie rozvinuté díky fyzice částic trvale ovlivnily lidskou společnost….Přenos znalostí a technologií je podporován ve většině zemí. Ke koordinaci a rozvíjení těchto aktivit ve prospěch evropského průmyslu byla vytvořena síť HEPTech. Je žádoucí, aby HEPTech pokračoval ve svých aktivitách…. V CERN, v národních laboratořích a na univerzitách získává vzdělání mnoho mladých fyziků, inženýrů a učitelů. Ti předávají to, co se naučili, širší společnosti nebo průmyslu. CERN společně s organizacemi poskytujícími finance, národními instituty a vysokými školami budou nadále podporovat a rozvíjet koordinované programy pro vzdělávání.

Budoucnost CERN geografickém: všechny státy světa mají otevřené dveře k řádnému členství v CERN programovém: výzkum nejen přímo v CERN Prvním krokem k zajištění budoucnosti CERN bylo přelomové rozhodnutí Rady CERN v červnu 2010 o rozšíření Leden 2014: Izrael 21 řádným členem CERN Budoucnost CERN je těsně spjata s budoucností fyziky částic v USA a Asii. Je třeba najít rozumnou rovnováhu mezi silou všech těchto tří regionů Seminář v Karolinu k 60. výročí CERN

Mezinárodní lineární urychlovač elektronů a pozitronů ILC Projekt připravovaný již více než 15 let Velký zájem japonské fyzikální komunity Naděje, že projekt brzy schválí japonská vláda Seminář v Karolinu k 60. výročí CERN

Seminář v Karolinu k 60. výročí CERN

Cíl studie: Hlavní důraz koncepční studie je na tom jak pro zkoumání fyziky při nejvyšších energiích postavit srážeč s těžišťovou energií kolem 100 TeV v novém tunelu o obvodu 80 až 100 kilometrů. Koncepční studie zahrne také srážeč leptonů a příslušné detektory, který by mohl sloužit jako mezikrok k realizaci hadronového srážeče. Možnost srážek elektron-proton a jejich dopad na potřebnou infrastrukturu bude rovněž uvažována Seminář v Karolinu k 60. výročí CERN

Budoucí urychlovací komplex v CERN? Základní představa: kruhový urychlovač v okolí CERN navazující na LHC a poskytující možnost fungovat jako srážeč protonů s protony s energií 50 TeV na svazek ve dvou variantách: 16 T a obvod 100 km 20 T a obvod 80 km podstatně větší LHC elektronů s pozitrony s maximální energií na svazek 200 GeV jako první krok k pp srážeči podstatně větší LEP elektronů s protony 175 GeV (elektron) GeV (proton) podstatně větší HERA Seminář v Karolinu k 60. výročí CERN

Seminář v Karolinu k 60. výročí CERN22 Další revize Strategie je plánována na rok 2018 po skončení tříletého provozu LHC ( ) při těžišťové energii 13 TeV Výsledky z této etapy budou rozhodující pro určení dalšího postupu CERN při rozhodování jaký další projekt bude pro budoucnost CERN nejlepší. První případné náznaky signálů „nové fyziky“ lze očekávat již koncem příštího roku. V té době bude také jasné, zda ILC bude postaven v Japonsku. Velké plány má i Čína: kruhový srážeč elektronů a pozitronů o energii 250 GeV a obvodu cca 50 kilometrů, optimální pro studium vlastností Higgsova bosonu. Jak dále?