Onderzoeksproject P5/27 (Onderzoeksactie P5)
Het vergroten van onze kennis van de Fundamentele Krachten via een nauwere samenwerking tussen de Belgische onderzoeksgroepen betrokken in theoretisch of experimenteel werk.
Alle krachten kunnen herleid worden tot de elektro-zwakke kracht, de sterke kracht en de zwaartekracht.
Hun studie stelt zich tot doel de meest fundamentele aspecten van de natuur, inclusief de oorsprong van ons heelal, te begijpen door middel van de modernste theoretische en experimentele technieken. De teams betrokken bij dit project hebben allen internationaal ruimschoots hun sporen verdiend. Hoewel er ten gevolge van overlappende interesses reeds een aantal gemeenschappelijke activiteiten zijn (we denken hierbij aan gemeenschappelijke scholen en seminaria, wetenschappelijke collaboraties, ...), zou een nauwere samenwerking, in het bijzonder tussen theoreten en experimentatoren, de uitvoering en slaagkans van de onderzoeksprogramma’s aanmerkelijk opdrijven.
- Sommige groepen volgen een theoretische aanpak (fenomenologische modelering inbegrepen) waarbij men de interacties tussen elementaire deeltjes poogt te verklaren en te voorspellen. De unifiëring van gravitatie met de ijkinteracties is hierbij het ultieme doel. De voorspellingen van deze nieuwe theorieën, in het bijzonder het bestaan van supersymmetrie en extra dimensies, komen binnen het bereik van de exerimentele mogelijkheden. Het is duidelijk dat een goed zicht op de meest recente theoretische resultaten en experimentele ontwikkelingen doorslaggevend is bij het bepalen van de meest belovende kanalen waarin nieuwe fysica opgespoord en getest kan worden.
- De experimentele groepen werken in grote internationale samenwerkingsverbanden. Ze maken gebruik van krachtige deeltjesversnellers en de meest geavanceerde observatietechnieken. De data die hierbij verzameld wordt, leidt of tot een bevestiging van bestaande theoretische ideeën of dwingt theoreten om nieuwe paden in te slaan.
Krachtige wiskundige technieken (snaar- en braantheorie) en theoretische hefbomen (zoals de zoektocht naar de fundamentele oorsprong van CP violatie) zullen gebruikt worden. Terzelfdertijd zal de experimentele aanpak baat vinden bij een nauwere interactie met de theoreten. Ter illustratie geven we twee voorbeelden.
De volgende stap na het LEP programma, dat hoofdzakelijk de zwakke interactie onderzocht, concentreert zich op de Large Hadron Collider dat een eerste stap zal zetten bij het onderzoek naar unificatie mechanismes. Het hoofddoel, het "Brout-Englert-Higgs" boson, is terzelfdertijd het ontbrekend puzzlestuk van de elektro-zwakke unificatie en de sleutel dat het onderzoek naar nieuwe fysica zal openen: supersymmetrie, extra dimensies, ... Hoewel het nemen van data ten vroegste in 2006 zal starten, is het nu hoog tijd om de zoekstrategie vast te leggen. Talloze andere problemen ter zijde latend, is de grootste uitdaging om interessante signalen te herkennen in een enorme achtergrond. Zowel de selectie als de interpretatie van data moeten vroeg gepland worden, dikwijls jaren voor de start van het eigenlijke experiment, en wordt essentieel geleid door theoretische ideeën en inzichten. Eenzelfde situatie vindt men terug bij de AMANDA neutrino detector, dat diep in het antarctisch ijs hoge energie straling veroorzaakt door kosmische gebeurtenissen opvangt.
Naast het "hardware" gedeelte, dat grotendeels bekostigd wordt via andere bronnen (FWO, FNRS en geassocieerde fondsen), vereist het interpreteren van de data een grote inspanning. Hierbij zal een bijdrage van de theoretische groepen erin bestaan om te helpen bij het isoleren van de sleutelsignalen wat via dit onderzoekscontract ontwikkeld zal worden.
Post-doctorale medewerkers zijn de hoeksteen in dit onderzoek: ze stimuleren de interactie en samenwerking tussen de verschillende teams. Het structureel tekort aan zulke postdoctorale medewerkers is een acuut probleem dat via dit project verholpen zal worden.
Het uiteindelijk doel van dit project is onze kennis van de fundamentele interactie te verbeteren. Hiertoe moet het volgende gerealiseerd worden:
- Het potentieel van elke groep moet toenemen en dit vooral via aanvullend personeel (post-docs);
- De samenwerking en interactie tussen de verschillende groepen en hun activiteiten moet toenemen;
- Een significant aantal jonge, beloftevolle mensen moet getraind worden.
