CONSOLIDER-INGENIO 2010 CONVOCATORIA 2006

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1 Memoria Técnica del Programa de Actividad Investigadora CONSOLIDER-INGENIO 2010 CONVOCATORIA RESUMEN DE LA PROPUESTA INVESTIGADOR COORDINADOR: Antonio Pich Zardoya TITULO DEL PROYECTO: CENTRO NACIONAL DE FÍSICA DE PARTÍCULAS Y FÍSICA NUCLEAR RESUMEN: Este proyecto CONSOLIDER pretende promover activamente la participación coordinada de los grupos científicos españoles en las investigaciones punteras en Física y Astrofísica de Partículas y en Física Nuclear. Esta propuesta quiere potenciar la visibilidad de nuestros grupos, reforzar su competitividad internacional y garantizar una masa crítica, optimizando al mismo tiempo los recursos disponibles. Los objetivos que se detallan en esta propuesta han sido elegidos siguiendo una estrategia científica clara, actual y bien definida. Uno de los objetivos de esta propuesta es la creación de una institución, el Centro Nacional de Física de Partículas y Física Nuclear (CPN), que consolidaría y garantizaría, principalmente mediante la contratación de personal técnico y cientifico, las actuaciones detalladas en la memoria. Los estudios en el ámbito de la Física Nuclear y de Partículas se realizan en un entorno de estrecha colaboración internacional, siendo un claro ejemplo los experimentos que se realizan en grandes instalaciones y laboratorios de primer nivel mundial y en los que participan un gran número de personas e instituciones. La coordinación nacional a través del Centro Nacional de Física de Partículas y Física Nuclear (CPN) permitirá un mayor peso específico de los grupos españoles en dicho entorno y se traducirá, por lo tanto, en mayores retornos científicos y tecnológicos. El CPN coordinará las actividades de los grupos participantes y los representará en los grandes proyectos e iniciativas internacionales. Promoverá y facilitará la participación en proyectos del Séptimo Programa Marco y otros programas dependientes del futuro European Research Council. Garantizará la existencia de personal técnico adecuado para abordar, con fuerza competitiva en el entorno científico internacional, los desarrollos de hardware necesarios para los futuros experimentos de Altas Energías y Física Nuclear, tanto los ya aprobados (como el LHC o FAIR), los que están en fase de I+D (como los colisionadores lineales, KM3NeT y EURISOL), o aquellos otros que en un futuro requieran una contribución de alto nivel de carácter internacional. Finalmente el CPN permitirá promocionar actividades de I+D no accesibles a grupos individuales, apoyar la excelencia de los grupos con la incorporación de jóvenes científicos y personal técnico, asegurar la correspondiente transferencia tecnológica de know-how a empresas y potenciar las actividades de formación y difusión científica. 1

2 PROJECT TITLE: NATIONAL CENTER FOR PARTICLE AND NUCLEAR PHYSICS SUMMARY: This CONSOLIDER project intends to promote a coordinated participation of the Spanish scientif groups in forefront research in Particle Physics, Astroparticle and Nuclear Physics. The proposal is targeted to optimize the visibility of our groups, reinforce their international competitiveness and guarantee their critical mass while optimizing the resourses made available to them. The objectives outlined in this project have been chosen with a well defined scientific strategy and timely and clear objectives. One of the objectives of this proposal is the creation of a new institute, the Centro Nacional de Física de Partículas y Física Nuclear (CPN), in order to achieve the strategic actions outlined in this project. Its main instrument will be providing adequate technical and scientific supporting staff. Studies in this field are performed within an international collaborative environment, a clear example being the experiments taking place in large scientific infrastructures and world class laboratories with the participation of a large number of persons and institutions. The national coordination through the National Center for Particle and Nuclear Physics (CPN) will increase the specific weight of the Spanish groups in this environment and will bring, therefore, increased scientific and technological returns. The CPN will coordinate the activities of the participating groups and will represent them in the large international projects and initiatives. It will promote and facilitate the participation in projects of the Seventh Framework Programme and other programs belonging to the future European Research Council. It will secure the availability of the adequate technical staff to face, with competitive strength with the international scientific environment, the hardware developments for the future experiments in High Energy and Nuclear Physics, both the ones already approved (such as LHC or FAIR), those in phase of I+D (such as linear colliders or KM3NeT) or all those future projects that require a high level contribution international contribution. Finally, the CPN will promote those activities of I+D not accessible to individual groups, support the excellence of the groups with the incorporation of young scientists and technical personnel, assure the corresponding technological transference of "know-how" to Spanish firms and reinforce the training and outreach activities. 2

3 2. DESCRIPCIÓN DEL PROGRAMA DE ACTIVIDAD INVESTIGADORA A) Objetivos de la Propuesta El objetivo fundamental del Centro Nacional de Física de Partículas y Física Nuclear (CPN) es promover una participación significativa de la ciencia española en los nuevos retos que la Física y Astrofísica de Partículas y Física Nuclear tiene abiertos en el siglo XXI reforzando nuestra competitividad internacional, aumentando considerablemente nuestra visibilidad, permitiendo a nuestra investigación en Física de Partículas y Física Nuclear alcanzar una posición de liderazgo, permitiendo la optimización de los recursos disponibles. Se trata, en definitiva, de asegurar a nuestra investigación en los campos mencionados una posición en el panorama internacional acorde con nuestro potencial y la posición que ostentamos en el marco europeo. Para alcanzar estos objetivos debe asegurarse una estrategia científica bien definida, una coordinación eficiente entre los grupos y garantizar unos recursos humanos, particularmente en lo que respecta a los aspectos tecnológicos, claramente insuficientes en la situación actual. Los temas de trabajo abordados por los grupos participantes, cuyo avance se pretende impulsar decididamente con la presente propuesta, se sitúan en la frontera del conocimiento de la Física de Partículas y la Física Nuclear. Son objeto de estudio: el origen de la masa de las partículas la naturaleza de la materia y energía oscuras en el Universo la asimetría materia-antimateria del Universo la unificación de las fuerzas fundamentales, incluida la gravitación el origen y naturaleza de la radiación cósmica las propiedades de los neutrinos la dinámica de sabor de quarks y leptones la dinámica del confinamiento de los quarks la masa y estructura de los hadrones la estructura y límites de existencia del núcleo atómico el origen de los elementos químicos en la núcleo-síntesis estelar la ecuación de estado de la materia nuclear y sus transiciones de fase Los estudios en estos campos se realizan en un entorno de estrecha colaboración internacional en el que participan un gran número de científicos e instituciones y laboratorios del máximo prestigio y solvencia científica. La coordinación nacional a través del CPN permitirá un mayor peso específico de los grupos españoles en dicho entorno y una implicación aun mejor en las líneas prioritarias de investigación y se traducirá por lo tanto en: avances de la investigación en Física Fundamental en nuestro país, mayores retornos científicos y tecnológicos, un aprovechamiento óptimo de la participación española en organismos y laboratorios internacionales, mayor protagonismo en la política científica del campo a nivel internacional. Los instrumentos de que tradicionalmente ha dispuesto nuestro sistema de ciencia son claramente ya insuficientes para dar el salto cualitativo que se requiere para participar en la primera división de la ciencia mundial. Creemos que el campo de la Física de Partículas, Astropartículas y Física Nuclear se encuentra en una situación idónea, por su tradición, estructuración y buen nivel relativo en el contexto europeo, para dar 3

4 ese salto si se hace una apuesta decidida y se le dota de los recursos y, sobretodo, los mecanismos de coordinación y organización adecuados. En su día, la creación del Programa Movilizador en Física de Altas Energías hace 23 años fue pionera y permitió incorporar nuevos instrumentos a nuestro sistema de I+D+i. Estos instrumentos se están revelando insuficientes en algunos casos debido al notable crecimiento de determinados campos del conocimiento en España. Ésta es singularmente la situación en Física de Partículas y Física Nuclear, donde se conjugan un importante, pero ordenado, crecimiento 1, una amplísima inserción internacional, el rigor en la gestión, calidad de la investigación y, en definitiva, la excelencia reconocida por todos los indicadores objetivos, con una importante componente tecnológica e industrial. Para continuar avanzando en el camino iniciado hace 23 años nuestra comunidad precisa ahora un nuevo instrumento. De esas necesidades surge la propuesta del Centro Nacional de Física de Partículas y Física Nuclear. Las especiales características de esta convocatoria CONSOLIDER, la hacen particularmente adecuada para constituir un Centro Nacional que coordine las actividades de los grupos investigadores del área y posibilite un salto cualitativo en su actividad científica, poniendo a disposición de la Comunidad Nacional de Física de Partículas y Nuclear estructuras organizativas equiparables a las existentes en otros países del Espacio Europeo de Investigación. Cada uno de los investigadores firmantes de esta propuesta CONSOLIDER es a su vez Investigador Principal de un proyecto vigente del Plan Nacional I+D+i , del VI Programa Marco, o bien se encuentra solicitando un proyecto en la convocatoria 2006 del Plan Nacional I+D+i , o bien ostenta cargos de dirección en algún centro participante. Ello asegura la adecuada vertebración de esta iniciativa dentro de la comunidad española de física de partículas y física nuclear. Esta iniciativa cuenta por lo tanto con un amplio consenso en nuestra comunidad. La idea que inspira esta propuesta no es la de dedicar simplemente más recursos a un área de investigación determinada, sino, por el contrario, utilizar a fondo los mecanismos de coordinación que un Centro Nacional permitiría para la financiación selectiva de una serie de objetivos bien precisos y evaluables. Se han dividido los objetivos de este proyecto en cuatro clases: Objetivos Científicos Los objetivos científicos que consideramos prioritarios en los próximos cinco años se relacionan a continuación y se agrupan en ocho grandes temas. Son objetivos en los que la existencia del Centro Nacional jugaría un papel decisivo. 1.- Optimizar, tanto en los aspectos científicos como tecnológicos y de formación de recursos humanos, la participación española en el programa de investigación del Large Hadron Collider (LHC) del CERN. Este gran proyecto científico entrará en funcionamiento en 2007, siendo los primeros resultados científicos esperados en A buen seguro este instrumento dominará la escena científica internacional en el campo de la Física Fundamental. Es importante asegurar que la participación española suponga un gran éxito, como lo fue en su día la participación en LEP. Entre las misiones del CPN se contarán: Asegurar la coordinación en el análisis de los resultados entre los grupos españoles. Identificar aspectos donde la participación española pueda resultar decisiva y visible Facilitar la colaboración entre los grupos teóricos y experimentales en el análisis e interpretación de los datos, las propuestas de nuevas técnicas de análisis y la identificación de nuevas señales. 1 El campo, aglutinado esencialmente ahora en el Programa Nacional de Física de Partículas incorporaba, a 1 de Enero de 2005, 181 investigadores experimentales, 133 investigadores teóricos, 75 técnicos y 183 estudiantes de tercer ciclo y doctorado. No se incluye en este cómputo a una pequeña parte de los grupos participantes en esta solicitud que reciben su financiación tradicionalmente de otros programas (Física, Espacio, Astronomía y Astrofísica) 4

5 1.3.- Caso de considerarse necesario, establecer una Red Temática sobre resultados y fenomenología del LHC Establecer y coordinar las posiciones españolas en las decisiones de política científica relacionadas con el LHC tomadas por las colaboraciones experimentales CMS, ATLAS y LHCb y el CERN Impulsar la cooperación de los centros españoles del proyecto WLCG de computación GRID con los grupos experimentales. 2.- Coordinar la participación española en los laboratorios internacionales de física nuclear y, en particular, en la nueva instalación FAIR. Esta gran instalación en Darmstadt (Alemania), en la que participa España, constituirá un paso adelante muy importante para el estudio de distintos aspectos punteros de la física nuclear. La participación española en el nuevo centro de investigación con haces de iones y antiprotones (FAIR) que se va a construir en Alemania, puede representar una oportunidad única para que la Física Nuclear experimental en nuestro país reciba el impulso requerido. Entre las misiones del CPN se contarán: Facilitar la entrada de los grupos españoles en los distintos experimentos que se desarrollarán en FAIR Impulsar la coordinación entre los distintos grupos españoles en física nuclear para que la participación española sea visible y acorde con la participación en la construcción de esta gran instalación Coordinar y optimizar la actividad científica y tecnológica en FAIR con aquella realizada en otras instalaciones experimentales de Física Nuclear (ISOLDE, SPIRAL II, etc.) Integrar a las comunidades experimental y teórica en física nuclear y facilitar su colaboración Establecer una Red Temática en este campo. 3.- Impulsar una acción coordinada tanto en los aspectos teóricos como experimentales en física de astropartículas, potenciando el nuevo Laboratorio Subterráneo de Canfranc, rentabilizando el telescopio MAGIC en el Roque de los Muchachos y asegurando una adecuada presencia española en futuras iniciativas internacionales. La Física de Astropartículas se encuentra en un momento muy importante en todo el mundo. España, que es el quinto país en Europa en inversiones en este campo concreto, debe defender sus intereses científicos, aprovechando además la existencia de una excelente comunidad de astrofísicos e instalaciones de primer orden. ApPEC (Astroparticle Physics European Coordination) ha iniciado la elaboración de una hoja de ruta. A este respecto el CPN deberá: Facilitar la presencia experimental española en Canfranc colaborando al éxito de esta gran instalación. Apostar por un gran experimento internacionalmente competitivo en Canfranc, además de los ya existentes sobre detección de materia oscura, que establezca resultados concluyentes Participar en la medida posible en la elaboración y en la eventual implementación de la hoja de ruta de ApPEC en discusión a lo largo de los próximos meses Incrementar la presencia española en los grandes experimentos decisivos en este área Favorecer la colaboración de nuestros investigadores con los grupos de astrofísica españoles estableciendo mecanismos específicos de cooperación Estimular la participación de nuestros grupos en las instalaciones de Roque de los Muchachos, Calar Alto y otras en experimentos conjuntos de astropartículas con los grupos astrofísicos Impulsar el incremento de la actividad en este área específica mediante una Red Temática, ya en consideración. 4.- Favorecer la participación española en los experimentos presentes y futuros en Física de Neutrinos, con especial atención a aquellas iniciativas en los que grupos españoles juegan o pueden jugar un papel líder. La investigación en neutrinos es un campo en auténtica ebullición. Nuestro país dispone de muy buenos expertos teóricos y excelentes experimentales que progresivamente van tomando mayores responsabilidades 5

6 y adquiriendo un perfil protagonista, incluyendo su participación en algunas recientes propuestas muy innovadoras. El apoyo que pueda prestar una estructura como el CPN facilitaría enormemente la defensa de nuestros intereses científicos en los foros internacionales y un incremento muy notable de nuestro peso específico en las grandes colaboraciones. El CPN propone: Estimular la colaboración entre grupos teóricos y experimentales en temas relacionados con física de neutrinos Favorecer una presencia española importante en la nueva generación de experimentos de aceleradores como por ejemplo T2K o NOvA e incrementar nuestra presencia en experimentos importantes sin aceleradores (como DoubleCHOOZ), decisivos para medir una posible violación de la simetría fundamental CP en este sector Propiciar un seguimiento de las iniciativas europeas en este campo para incidir en la toma de decisiones y defender aquellas propuestas más interesantes desde un punto de vista científico, en especial aquellas que pudieran representar una implicación directa de nuestro país. 5.- Impulsar la presencia española a todos los niveles (técnicas de aceleración y detección, toma de datos, análisis y resultados científicos) en la preparación y explotación del futuro International Linear Collider (ILC), asegurando un peso específico adecuado. Esta iniciativa deberá eclosionar alrededor de Participamos de forma institucional en la CTF3 de CLIC (tecnológicamente de forma muy destacada a través del CIEMAT especialmente), y es muy deseable estar bien presente en la iniciativa del ILC. En este campo hay notables intereses científicos, estratégicos e incluso industriales a defender y solo una presencia coordinada permitirá hacerlo con éxito. Hay una Red Temática ya creada que convendrá favorecer y extender. Este campo ofrece una muy buena oportunidad de relanzar e incrementar notablemente actividades en I+D con gran potencial de aplicación. 6.- Impulsar y coordinar la presencia española en otras iniciativas internacionales en los ámbitos de actuación del CPN (factorías de sabor, nuevos aceleradores, etc.) El CERN ha establecido recientemente un Strategy Group que formulará en el plazo de unos meses recomendaciones importantes acerca del futuro de la Física de Partículas en Europa. Sus recomendaciones marcarán el futuro del campo en las próximas décadas. El CPN deberá participar en la defensa de los intereses científicos, tecnológicos e industriales españoles, en la toma de decisiones de política científica a nivel internacional, y en la implementación de las mismas a nivel nacional asegurando un buen retorno científico y tecnológico y una visibilidad apropiada. Análogamente APPEC, NuPECC y ESFRI han formulado planes estratégicos de futuro para las grandes instalaciones de Astropartículas y Física Nuclear en el que aparte de los proyectos mencionados anteriormente se incluyen a más largo plazo KM3NeT y EURISOL. 7.- Aplicar y desarrollar las Tecnologías de la Información en Física de Partículas, Astropartículas y Física Nuclear Impulsar la implementación del proyecto WLCG de computación GRID para los experimentos del LHC en España: coordinación de las actividades entre el Tier1 y los Tier2 distribuidos, obtención de recursos adicionales, reforzamiento de los vínculos internacionales y optimización de la explotación científica en estrecha relación con los grupos experimentales Dar soporte decidido al área de cálculo numérico intensivo para los grupos teóricos en Física de Partículas y Física Nuclear. 8.- Desarrollar nuevas aplicaciones de la física nuclear y física de partículas (física médica, materiales, e- ciencia). 6

7 Objetivos de Política Científica 1.- Crear un Centro CONSOLIDER denominado Centro Nacional de Física de Partículas y Física Nuclear (CPN) de naturaleza distribuida, con las características indicadas en esta memoria, con la misión de: Establecer líneas prioritarias de investigación y estrategias a medio y largo plazo Coordinar la investigación entre los distintos grupos participantes Dar soporte administrativo y técnico a las actividades del Programa Nacional de Física de Partículas Asesorar al Programa Nacional de Física de Partículas y a las Administraciones en las materias propias de las áreas participantes en el Centro Gestionar las actividades de representación del campo en el ámbito nacional e internacional Coordinar la participación española en grandes proyectos europeos y mundiales y gestionar la contribución a cuotas, fondos comunes, etc Promover y facilitar la participación en programas del Séptimo Programa Marco y otros programas dependientes del futuro European Research Council Impulsar iniciativas en sub-disciplinas emergentes relacionadas con el CPN Implementar los restantes objetivos científicos, de política científica, de transferencia de tecnología avanzada y de outreach que se mencionan en este proyecto. 2.- Establecer un programa de incorporación de técnicos cualificados a los distintos grupos, con el propósito de: Incorporar técnicos de grado medio y superior a los grupos participantes para actividades establecidas en las líneas estratégicas prioritarias coordinadas por el Proyecto CONSOLIDER y, en su momento, por el Centro Incorporar, mediante un programa de estancias temporales, técnicos de alto nivel procedentes de otras instituciones para facilitar la transferencia de know-how prioritariamente en los distintos aspectos del hardware de detectores y aceleradores, pero también de física de partículas y nuclear en general. 3.- Apoyar la excelencia de los grupos, permitiendo la incorporación de científicos jóvenes y asegurando la necesaria renovación generacional mediante: El establecimiento de un programa de contratos posdoctorales, competitivo y de mérito, que complemente y extienda sustancialmente los programas existentes. Estos contratos posdoctorales se dotarían a los distintos grupos para trabajar en las líneas estratégicas prioritarias coordinadas por el Proyecto CONSOLIDER y, en su momento, por el CPN Una contribución a la incorporación de jóvenes científicos mediante los programas competitivos existentes, en base al mérito de los solicitantes, con prioridad a las áreas experimentales y de transferencia tecnológica. 4.- Fomentar y desarrollar actividades de I+D no accesibles a los grupos individuales. Objetivos de Transferencia de Tecnología Avanzada La Física de Partículas y la Física Nuclear son disciplinas que han facilitado a lo largo de su historia notables avances tecnológicos que a medio plazo han revertido en beneficio de la sociedad. Los ejemplos son innumerables. Siguiendo esta tradición, el CERN tiene establecida desde hace tiempo una unidad de transferencia de tecnología y lo mismo ocurre con instituciones como el IN2P3 o el INFN. El CPN deberá de apostar fuerte en esta dirección. La industria española se ha beneficiado, al nivel de transferencia de tecnología avanzada, de las actividades en Física de Partículas y Física Nuclear de nuestros grupos. En este sentido cabe destacar en particular la transferencia industrial de tecnología de vacío (INGOVI; TELSTAR, Duro-Felguera), la construcción de bienes de equipo complejos (Equipos Nucleares, Duro-Felguera, Sener, Norte Mecánica), imanes (ELYTT-ANTEC) y numerosos contratos sobre desarrollos de electrónica a PYMES. También en software ha habido abundante 7

8 cooperación con la industria. Las empresas españolas también participan plenamente en el proceso (competitivo) de obtención de contratos en el CERN, destacando por su volumen los contratos en la obra civil de los aceleradores LEP (en los años 80) y LHC (actualmente), con contratos que han alcanzado en un caso concreto los 170 millones de francos suizos. En el horizonte de los próximos cinco años el proyecto FAIR generará nuevos retornos a la industria nacional. Por otra parte, los doctores formados en estas disciplinas tienen conocimientos en profundidad de varias técnicas en instrumentación avanzada y software, además de hábitos de trabajo adquiridos en un contexto internacional altamente competitivo. Esta transferencia continua, a través de la formación avanzada, es realmente vital para el mantenimiento de una industria altamente tecnológica, que desafortunadamente no es muy abundante en nuestro país. Serán por lo tanto objetivos del Centro Nacional de Física de Partículas y Física Nuclear: 1.- Facilitar la transferencia a la industria española de las siguientes tecnologías a. Electrónica: sistemas, micro-electrónica, opto-electrónica. b. Detectores de luz y partículas. c. Radiofrecuencia de potencia. d. Imanes férricos y superconductores de altas prestaciones, imanes pulsados. e. Fuentes de potencia. f. Ingeniería mecánica de muy alta precisión. g. Ingeniería criogénica. h. Técnicas de ultravacío. i. Tecnología de la información: bases de datos, GRID. j. Nuevos materiales 2.- Apoyo a nuevas iniciativas en aplicaciones tecnológicas relacionadas con las áreas de actuación del CPN mencionadas en el punto anterior, tales como k. Física médica. l. E-ciencia. m. Ciencias del espacio. 3.- Promoción del desarrollo de nuevas tecnologías y de nuevas combinaciones entre tecnologías a partir de las actividades en I+D de los distintos grupos, tanto las coordinadas por el CPN como aquellas desarrolladas individualmente o en colaboración por los grupos asociados. 4.- Creación y difusión entre la industria española de una base de datos que recoja en detalle las diferentes posibilidades de transferencia que ofrece el CPN, personas de contacto y formas posibles de colaboración. 5.- Promover continuamente la formación de personal en nuevas tecnologías, tanto propio del CPN, de sus grupos asociados, como proveniente de la propia industria. Seguimiento y potenciación del programa de becas de especialización en organismos internacionales (CERN, DESY, FAIR, etc.). 6.- Incorporación, en la medida de las disponibilidades económicas, de personal técnico de alto nivel para facilitar la transferencia tecnológica en colaboración con el CDTI, OTRI s, y organismos similares en las CCAA. Objetivos de Formación y Difusión Científica ( Outreach ) 1.- Coordinación de Programas de Doctorado de Excelencia y Programas de Postgrado. Impulso de escuelas de Postgrado Nacional, a partir del actual Taller de Altas Energías (TAE) y del "Curso de doctorado interuniversitario de Física Nuclear. 8

9 2.- Apoyar y coordinar talleres especializados ( Internacional Winter Meeting, Encuentros de Física Nuclear, Centro de Ciencias de Benasque, Jornadas de Altas Energías de la RSEF, "Workshop on Heavy Ions") y congresos científicos del área. 3.- Fomentar el conocimiento sobre física de partículas, astro-partículas y nuclear entre los estudiantes de escuelas de enseñanza secundaria y universidades. 4.- Apoyar la difusión de cultura científica en la sociedad (seminarios de divulgación, Semana de la Ciencia, artículos en prensa). 5.- Promover la puesta en marcha de un grupo de comunicación y divulgación dentro del CPN. 6.- Coordinar actuaciones con la RSEF. B) Situación Actual de la Física de Partículas y la Física Nuclear en España Física experimental de partículas Durante los más de veinte años de permanencia española en el CERN, se ha consolidado una importante comunidad de investigadores en física experimental de altas energías. La participación en el acelerador europeo LEP permitió nuclear grupos con la suficiente masa crítica para realizar aportaciones a tres grandes detectores: ALEPH (IFAE), DELPHI (IFCA e IFIC) y L3 (CIEMAT). Al mismo tiempo, grupos más pequeños han participado en otros proyectos internacionales como el detector ZEUS de HERA (UAM), CDF del Tevatron (CIEMAT; IFAE e IFCA), HERA-B (UB), SMC y DIRAC (USC). Esta experiencia ha hecho posible que la contribución actual de los grupos españoles en los grandes proyectos internacionales sea mucho más relevante. Merece la pena destacar la participación en los detectores del futuro acelerador LHC del CERN: ATLAS (IFAE, IFIC, UAM), CMS (CIEMAT, IFCA, UAM) y LHC-B (UB y USC). En los experimentos del LHC, la participación española se sitúa entre el 2.5% y el 4% (dependiendo del experimento), tanto desde un punto de vista económico como de personal. La participación en el proyecto WLCG (LHC Computing Grid) es ligeramente mayor (alrededor del 4%). El proyecto GRID contempla el desarrollo de protocolos para el procesado y transmisión de datos masivamente (10 PBytes por año). España también cuenta con uno de los 11 centros Tier1 existentes en el mundo para el tratamiento de los datos del LHC. El Tier1 forma parte del PIC (Puerto de Información Científica), un centro de almacenamiento masivo y de tratamiento de datos. Igualmente se cuenta con tres Tier2 distribuidos (uno por experimento). Todo hace pensar que en el momento en que entre en funcionamiento el LHC los físicos experimentales españoles, si se les sigue proporcionando los recursos necesarios, estarán bien posicionados y sabrán aprovechar las oportunidades generadas por los descubrimientos que previsiblemente realizará este colisionador. Es de desear que el gran éxito que el LEP representó para la física experimental española (casi 70 tesis fueron defendidas en España a partir de los datos obtenidos en LEP) sea repetido y mejorado. Se participa en el programa de física de neutrinos a través de los experimentos ICARUS (Granada) y K2K (IFAE, IFIC), estando prevista la participación futura en T2K y DoubleCHOOZ. También existe una pequeña, pero significativa, presencia en BABAR (UB, IFIC) Para poder afrontar con garantías de futuro los compromisos adquiridos en estos proyectos internacionales, es necesario asegurar el relevo generacional estabilizando a los investigadores ya formados, de forma que puedan asumir responsabilidades. El tamaño aún subcrítico de la comunidad aconseja mantener un esfuerzo continuado de formación de investigadores, con altas exigencias de calidad. Asimismo, es extremadamente urgente la dotación de una plantilla adecuada de personal técnico. 9

10 Física nuclear experimental Las primeras actividades se iniciaron en Valencia (IFIC) y fueron completadas con la creación en los años ochenta de otro grupo del CSIC (IEM) en Madrid. Estas actividades se reforzaron a finales de los noventa con la creación de nuevos grupos en las Universidades de Santiago de Compostela y Huelva, así como en el CIEMAT. Más recientemente se han incorporado nuevos investigadores de esta área en las UAM, UCM y UPC. Además, ciertos grupos que hasta no hace mucho habían tenido una actividad puramente teórica han empezado a orientarse hacia la actividad experimental, como es el caso de la Universidad de Sevilla. No obstante, y pese a la reciente creación de nuevos grupos experimentales, el principal problema de esta área de investigación es que el número de investigadores que la integran está muy por debajo de lo esperado para un país con el nivel socio-económico como el de España. La principal línea de investigación que siguen los grupos en nuestro país es el estudio de la estructura y la dinámica del núcleo atómico, utilizando reacciones inducidas por neutrones, núcleos estables y sobre todo núcleos exóticos. Otras actividades que involucran a un menor número de investigadores están relacionadas con la astrofísica nuclear, el estudio de colisiones núcleo-núcleo o la física hadrónica. Esta actividad experimental tiene un amplio reconocimiento internacional y se realiza en la mayor parte de las instalaciones europeas dedicadas a este fin como son los experimentos Isolde y ntof en el CERN, GSI (Alemania), GANIL (Francia), LNL (Italia), CRC (Bélgica) y JYFL (Finlandia). Cabe destacar que las actividades de los grupos españoles en todas estas instalaciones son aceptadas en base a la excelencia científica de las mismas sin que nuestro país contribuya a los costes de mantenimiento de las instalaciones, excepto en la instalación ISOLDE del CERN donde nuestro país contribuye oficialmente desde La financiación de los grupos españoles proviene del Programa Nacional de Física de Partículas y de los programas marco de la Comisión Europea. Estas ayudas no permiten hacer inversiones en instrumentación científica y en personal técnico o posdoctoral, acordes con el nivel de las investigaciones que se desarrollan. La participación española en el nuevo centro de investigación con haces de iones y antiprotones (FAIR) que se va a construir en Alemania, puede representar una oportunidad única para que la Física Nuclear experimental en nuestro país reciba el impulso requerido y las plantillas de los grupos de investigación puedan incrementarse hasta alcanzar el tamaño crítico necesario para participar con éxito en este proyecto. Física de partículas teórica Desde la década de los setenta, la ciencia española ha mantenido una importante presencia internacional en física de partículas teórica, alcanzando niveles de excelencia por encima de los que corresponderían a la escasa contribución española en I+D. Actualmente, existen grupos muy competitivos en la mayoría de grandes universidades y centros de investigación de nuestro país: IFAE, IFIC, IFT, IGAE, IMAFF, UB, UCM, UGR, UPV, UZ,... Sin embargo, existe un grave problema de envejecimiento y relevo generacional. La física teórica española cuenta en estos momentos con una excelente generación de jóvenes investigadores al más alto nivel internacional, cuya asimilación y estabilización en el sistema de I+D está resultando excesivamente problemática. La consiguiente fuga de cerebros a otros países puede llegar a ser preocupante, en un momento en el que se prevé un significativo número de jubilaciones en los próximos años. La fuerte implicación española en LHC y la previsible participación en proyectos a escala mundial aconseja potenciar el esfuerzo en fenomenología de partículas, fomentando la colaboración con los grupos experimentales. Resulta algo anómala la inexistencia de físicos teóricos en institutos con una actividad experimental muy importante. 10

11 Física nuclear teórica En España hay actualmente grupos de investigación consolidados con actividad en Física Nuclear teórica en las universidades de Barcelona (UB, UAB, IEEC), Cantabria, Granada, Madrid (UAM,UC), Salamanca, Santiago, Sevilla y Valencia y en el CSIC (IEM, IFIC). También hay investigadores en Física Nuclear teórica en las universidades de Extremadura, Huelva y Zaragoza. La investigación cubre prácticamente todos los campos de la Física Nuclear. También es importante la investigación que se realiza en áreas afines a la Física Nuclear, tales como física molecular, estado sólido, astrofísica, condensados de Bose-Einstein, líquidos superfluidos, etc. El número de investigadores en plantilla en Física Nuclear teórica en España resulta insuficiente y el sistema español de I+D debería garantizar al menos el relevo generacional. Estos investigadores están plenamente integrados y gozan de prestigio en el contexto europeo e internacional. En este sentido cabe destacar la participación oficial de nuestro país en el ECT* (Italia), centro que coordina la actividad teórica europea en Física Nuclear. Además, a nivel de nuestro país la comunidad de Física Nuclear teórica tiene un grado de integración creciente con la comunidad de Física Nuclear experimental y la comunidad de Física Nuclear aplicada. En particular existen proyectos internacionales, como FAIR, que sirven como catalizadores de la colaboración de grupos teóricos y experimentales. La financiación de la investigación en Física Nuclear Teórica se realiza, en general, a través del Programa de Física. Esta financiación es, en términos globales, suficiente para mantener esta actividad. No obstante, sería necesario aumentar la financiación dedicada a becas predoctorales y contratos posdoctorales, para poder mantener el nivel de excelencia investigadora, y para asegurar el relevo generacional. Física de Astropartículas La física de Astropartículas había estado presente en España, hasta hace menos de una década, únicamente a través de la actividad en Canfranc de la UZ (desintegración beta doble, materia oscura, CAST) y por el grupo de la UCM participante en el experimento de detección de rayos gamma cósmicos HEGRA, en La Palma. A partir de 1996, la actividad ha ido aumentando progresivamente e involucrando más grupos nacionales en proyectos punteros. El IFIC participa en el telescopio submarino de neutrinos ANTARES; la USC, conjuntamente con la UCM y la UAH participan en el observatorio de rayos cósmicos AUGER-SUR, ubicado en la pampa argentina, que es el mayor experimento terrestre de este tipo. Tres instituciones (IFAE, UAB, UCM) participan en el telescopio Cherenkov de rayos gamma MAGIC, el mayor, más avanzado y más sensible del mundo en este momento y que viene a ser la continuación de la actividad de HEGRA. El IFAE ha construido íntegramente la cámara de detección de este telescopio. El CIEMAT participa destacadamente en el detector de rayos cósmicos en satélite AMS, y el IAA en varios experimentos de astropartículas en fase de diseño. El campo de la física de Astropartículas, a caballo entre la Astrofísica y la Física de Partículas, se encuentra en este momento a nivel mundial en un momento de gran expansión. Una participación en la mayoría de temas importantes y una posición de liderazgo en alguno de ellos, parece indicar que se esta avanzando en la dirección correcta en nuestro país. La puesta en funcionamiento del nuevo laboratorio de Canfranc representará un paso adelante muy importante. I+D en aceleradores y detectores Los aspectos más tecnológicos de la física nuclear y de partículas han estado tradicionalmente muy poco desarrollados en nuestro país, donde una gran parte de la investigación se lleva a cabo en las universidades con sus endémicas carencias técnicas y de personal especializado. Tradicionalmente había existido en España un único centro tecnológico, el CIEMAT, donde era posible encontrar el necesario soporte para la realización de proyectos tecnológicos medianamente complejos. En física de partículas el CIEMAT había 11

12 desarrollado un buen nivel en la construcción de cámaras de muones en el momento en que España se reincorporó al CERN, momento en que con la aparición del Plan Movilizador se crearon otros grupos con voluntad de implicarse en hardware. La participación, primero en LEP y ahora en el LHC, de todos los grupos ha sido excelente a nivel de construcción pero más modesta a nivel de desarrollo. El CIEMAT ha continuado su actividad en cámaras de muones en CMS y otros grupos se han implicado asimismo en la construcción de grandes sistemas tales como el IFAE y el IFIC en el calorímetro hadrónico de ATLAS, el IFIC en el SCT de ATLAS, la UAM en el calorímetro electromagnético de ATLAS y el IFCA en el sistema de alineamiento global de CMS. No obstante, los grupos experimentales, conscientes de la importancia del I+D, se han implicado progresivamente en distintas actividades. Citemos por ejemplo los sistemas de fotomultiplicadores para ser operados en el mar, la electrónica de lectura muy rápida, las cámaras de tubos fotomultiplicadores del telescopio MAGIC, la caracterización de sensores ópticos, la mecánica y metrología de precisión y los mecanizados para maniobras automáticas y extremadamente precisas de grandes estructuras. Cabe mencionar los desarrollos en detectores de silicio del IFIC y IMB-CNM y sus contribuciones específicas a detectores/electrónica de radiación semiconductores altamente resistentes a la radiación, detectores semiconductores de bandas y píxeles. El grupo de superconductividad del CIEMAT ha desarrollado imanes superconductores para TESLA 500, con potencial para ser utilizados en XFEL o quizás en el ILC. Actualmente participa, en colaboración con alguna otra institución, en un ambicioso proyecto para la construcción de la CLIC Test Facility 3 en el CERN, que incluye desarrollos en radiofrecuencia que representan una nueva línea de I+D en España en la que también participan grupos del IFIC y la UPC. Este grupo del CIEMAT también coordina la contribución española a los aceleradores de FAIR, en particular el diseño y construcción de los elementos magnéticos del anillo NESR. Cabe destacar tambiés las iniciativas sobre tecnologías relacionadas con Argón líquido. Por su parte los grupos de física nuclear también han desarrollado durante los últimos años proyectos de I+D en detectores propios de esta área. En particular cabe destacar los esfuerzos realizados en el desarrollo de técnicas de detección de rayos gamma con detectores centelleadores y de Germani hiperpuro, la detección de neutrones y el diseño de detectores de silicio y su electrónica asociada para la detección de partículas cargadas con bajo umbral. Estos desarrollos se van a potenciar durante los próximos años debido a la participación española en FAIR donce los grupos españoles contribuyen al desarrollo de los calorímetros de rayos gama de los experimentos R3B (USC,IEM,UCM), DESPEC(IFIC,UAM) y PANDA(IFIC), los detectores de partículas cargadas basados en silicios y RPCs para los experimentos HISPEC(USE,UHU) y R3B(USC), respectivamente y el detector de neutrones de DESPEC(CIEMAT). Varias de estas actividades se desarrollan en colaboración con la industria. El volumen total de estas actividades es aún escaso en comparación con los países avanzados de nuestro entorno, pero ofrece un gran potencial de crecimiento. Aplicaciones de la Física Nuclear y de Partículas Las potenciales aplicaciones de la física de partículas y física nuclear son múltiples. Muchas de ellas se encuentran comercializadas, o bien corresponden al área de tecnología nuclear que no corresponde a este Programa. Aunque la frontera es a veces difícil de trazar, la comparación con los países de nuestro entorno muestra una actividad muy notable por parte de los físicos experimentales de partículas y nucleares para revertir en la sociedad descubrimientos científicos y nuevas técnicas aún en fase precomercial. Desgraciadamente en nuestro país la actividad en estos aspectos es escasa. Es interesante una enumeración rápida de los más relevantes: FÍSICA MÉDICA.- Las técnicas avanzadas de imagen se han desarrollado enormemente e incluyen la resonancia magnética nuclear (RMN), la tomografía computerizada (TAC), la tomografía por emisión de un fotón (SPECT) o la tomografía por emisión de positrones (PET). La información puede ser de carácter 12

13 anatómico o fisiológico (RX, TAC, RMN) o funcional (PET, SPECT, gamma-grafía). Algunos grupos de investigación en Institutos de Altas Energías españoles (IFAE, IFIC, CIEMAT y USC) desarrollan nuevas estrategias para mejorar tanto la calidad de las imágenes como la sensibilidad y resolución de los aparatos y otros grupos hacen avances a nivel de software o simulación. En particular el IFAE y el CNM forman parte de un proyecto del VI Programa Marco, el proyecto DearMama, coordinado por el IFAE, para el desarrollo completo de un aparato de radiografía digital de alta resolución y baja dosis, a punto de ser completado. En el IFIC se ha desarrollado una mini-cámara gamma portátil, especialmente optimizada para tiroides, que ya ha sido objeto de varias patentes y está en fase de comercialización por una empresa spin-off. La Física no solo sirve para diagnosticar, sino también para curar. La radioterapia (de rayos gamma) es rutina para tratar el cáncer en los hospitales. Avances más recientes en Física Médica apuntan a la eficacia superior de la terapia "hadrónica", con protones o iones pesados, ya que permite concentrar las dosis en la zona tumoral. Este novedoso tipo de terapia ya existe en algunos países europeos, como Alemania o Italia. En España no se ha desarrollado aún, pero hay un proyecto de una instalación de este tipo por iniciativa del IFIC. Cabe mencionar que los desarrollos en física médica son ahora mismo una de las prioridades en la comunidad de física de partículas y física nuclear en otros países. TÉCNICAS DE DATACIÓN.- La espectrometría de masas con aceleradores (AMS) ha revolucionado las técnicas de datación basadas en el Carbono-14. Esta nueva técnica con ha permitido medir muestras con edades de hasta años, por lo que su impacto en Arqueología ha sido tremendo. Es también importante para estudios de contaminación y de biomedicina. Esta técnica está usándose en más de 30 laboratorios en todo el mundo. Cabe destacar que recientemente se ha instalado un equipo de AMS en el tandem del CNA en Sevilla donde se ha iniciado un programa de I+D sobre esta técnica. Con ella se pueden también detectar aditivos prohibidos en alimentos o contaminantes en muestras medioambientales. INCINERACIÓN DE RESIDUOS RAIACTIVOS.- La posibilidad de producir flujos importantes de neutrones utilizando reacciones de estalación permite transmutar mediante reacciones de captura núcleos con vida media larga en otros con vida media muy corta o incluso en núcleos estables. Estos estudios, aun en fase de investigación y desarrollo, permitirían en caso de éxito la eliminación de residuos de vida media larga producidos en reactores de fisión. Los experimentos de caracterización de reacciones de estalación en el GSI y el experimento n-tof en el CERN,en los que participan grupos de investigación de la USC, CIEMAT, IFIC, UPC y USE tiene implicaciones en este proyecto. OTRAS TECNOLOGIAS.- Los aceleradores permiten también el estudio medio-ambiental de presencia de elementos que solo se producen en explosiones nucleares o que provienen de industrias de tratamiento de residuos nucleares como el cloro-36 o el iodo-129. Para la industria cerámica, es posible realizar Litografía de Superficies, es decir, el análisis de la composición de materiales en superficies. La técnica empleada es RBS (Rutherford Back-Scattering). En microscopía de precisión se utilizan las técnicas PIXE: se alcanza a estudiar la composición atómica de materiales. También está en desarrollo la utilización de aceleradores de protones para nanolitografías. Algunas de estas aplicaciones se desarrollan actualmente en los aceleradores tandem del CNA en Sevilla y del CMAM de la UAM. Muchos de estos aspectos son difíciles de abordar sin el necesario soporte técnico y una política de planificación adecuada. C) La Necesidad del Centro En las dos últimas ocasiones, en 1997 y 2003, en que el comité RECFA (Restricted European Committee on Future Accelerators) examinó la situación del campo en España, creyó pertinente elevar al Gobierno la 13

14 recomendación de crear un Centro Nacional con la misión de fomentar y coordinar la investigación en física de partículas, la física nuclear experimental y sus aplicaciones 2. El Plan I+D+i actualmente vigente dice al respecto: Existen varios motivos para la creación de un Centro Nacional de Física de Partículas de ámbito estatal. Están principalmente relacionados con el aumento de los retornos científicos y tecnológicos de la pertenencia al CERN a) El primero es el aprovechamiento óptimo de las importantes oportunidades científicas, académicas, tecnológicas e industriales que se derivan de la pertenencia de España al CERN: aumentar el número de físicos experimentales y técnicos españoles en el CERN, ayudando a conseguir mayores retornos, explotar la capacidad de formación del CERN y, en definitiva, alcanzar una mayor presencia en el CERN. b) El segundo se deriva de las características de los proyectos de investigación en física de partículas; en concreto su larga duración y alta complejidad tecnológica y su desarrollo en un marco totalmente internacional exigen que sea necesaria una coordinación nacional e internacional. c) El tercero es también consecuencia de la complejidad tecnológica de los experimentos en física de partículas que requiere involucrar en un mismo grupo de trabajo a personal de distintas competencias: Científicos, ingenieros superiores y técnicos. En el ámbito en que se desarrolla actualmente la investigación en España, esta tarea resulta sumamente difícil. En particular por el déficit de tecnólogos en los grupos universitarios. En la misma línea, el nuclear physics board de la European Physical Society también recomendó a las autoridades científicas españolas, tras la última reunión mantenida en España en Junio de 2004, un incremento de los recursos económicos y humanos dedicados a esta área en nuestro país, así como la puesta en marcha de mecanismos que permitan una participación coordinada de los grupos de investigación españoles en FAIR 3 A pesar de los indudables progresos realizados desde la creación del Programa Movilizador de Física de Altas Energías en 1984 hasta la fecha, el tamaño de la comunidad de física de partículas y física nuclear en España sigue siendo insuficiente en algunos aspectos. Si comparamos la tasa de científicos con los países de nuestro entorno, es aproximadamente la mitad. Si comparamos el número de técnicos, no alcanzamos una décima parte. RECFA en la visita de 2003 reconoció estos progresos: Several of the Spanish laboratories have now grown to a size whereby they can make major contributions to particle physics projects. This has resulted in some institutions, for example CIEMAT (Madrid), IFAE (Barcelona) and IFIC (Valencia) taking leading roles in the construction of parts of the LHC detectors. This greatly strengthens the international profile of Spanish particle physics, as does the high quality of the Spanish contribution to running experiments and data analysis. Gratifying though the growth of particle physics in Spain is, ECFA urges on the Spanish government the necessity to continue this growth. Even now, Spain has a much smaller community of physicists per head of population or per GDP than comparable European countries. Thus there is much to be gained by continuing to develop particle physics in Spain and continuing to increase the value for money that Spain obtains from its membership of CERN. Estas carencias se traducen en algunos problemas importantes: los grupos tienen en algunos casos un tamaño subcrítico y la necesaria renovación generacional puede no estar suficientemente asegurada. La insuficiencia de técnicos es proverbial, haciendo que nuestra participación en los desarrollos de hardware, los de más valor añadido, sea aún muy deficiente. De hecho, aunque la participación de la física de partículas española sea importante en muchos experimentos, como anota RECFA, habiéndose seguido la estrategia 2 Carta del Chairman de RECFA al Ministro de Ciencia y Tecnología de 22 Abril Carta enviada por el chairman del Nuclear Physics Board de la EPS a la Ministra de Educación y Ciencia en Junio de

15 correcta para tener el máximo de visibilidad con los recursos limitados de que se disponía, la presencia española no es en estos momentos decisiva en ningún experimento 4. Análogamente, no han existido hasta la fecha desarrollos notables en I+D de detectores y aceleradores en nuestro país. Para atender de manera satisfactoria a estos retos RECFA apuntó: A possible solution is to fund what would be effectively new chairs in universities via senior appointments in experimental particle physics at a new national institute. This already happened at some universities, which have particle physics institutes, such as IFAE (Barcelona), IFIC (a joint CSIC-UV institute) and IFCA (a joint CSIC-Universidad de Cantabria Institute). It could be extended to all universities by the establishment of a national institute for experimental particle physics, to some extent similar to INFN in Italy or IN2P3 in France. Such an institute would have outstations at each university and the senior staff would have joint appointments involving the normal range of teaching and other duties. Such an institute would also result in better intergroup collaboration, which the committee noted was relatively lacking, and improve the strategic planning of experimental physics in Spain. It would also be able to provide the infrastructure and technical posts necessary to carry out experimental particle physics, which cannot be provided by the universities. Care must be taken that such a structure be loose enough not to jeopardize the excellent collaboration between the experimental groups and the Spanish regional governments, which is one of the strengths of the current system. Recomienda RECFA, por tanto, la creación de un Centro Nacional dedicado a la física de partículas y la física nuclear y que éste tenga una naturaleza distribuida, es decir sin sedes fijas propias, y esté asociado a los centros y grupos de investigación existentes o a los que se puedan crear en el futuro. Ello permitiría consolidar los grupos incipientes y facilitar el salto a una madurez científica plena a los ya consolidados. Esta recomendación coincide con un deseo repetidamente expresado por nuestra comunidad. Ante los nuevos retos que se plantean al crecimiento de la ciencia de nuestro país hay una clara necesidad de efectuar un salto cualitativo en nuestro papel en la escena internacional de la física de partículas y nuclear. Debemos intentar participar con un papel más visible en las grandes colaboraciones internacionales, en los grandes laboratorios como el CERN y en nuevos proyectos como FAIR o el ILC. Un campo de investigación en un buen estado de salud científica debe siempre mirar hacia el futuro. La inversión en I+D en nuevas técnicas de aceleración y detección es básica. Las naciones avanzadas invierten en el estudio de futuros proyectos y futuras técnicas una parte no despreciable de sus recursos. Con las estructuras actuales en España esto es impensable. Debe, igualmente, asegurarse el procedimiento de transferencia de tecnología a la industria e identificar los mecanismos que permitan revertir a la sociedad los desarrollos e innovaciones que se producen en este competitivo campo. Finalmente, aunque no en último lugar, debe estructurarse el campo de forma que sepa rentabilizar científicamente las incipientes estructuras que se van creando en nuestro país. Entre ellas podríamos citar el Laboratorio Subterráneo de Canfranc, el telescopio MAGIC del Roque de los Muchachos, el PIC, el sincrotrón ALBA o la posible gran instalación para física médica aún en estudio. Es obvio que para un aprovechamiento adecuado de estas inversiones es necesario crear las estructuras adecuadas de coordinación, planificación y soporte material y humano. D) Los Ejemplos Cercanos En los países de nuestro entorno se han adoptado distintas soluciones para coordinar y fomentar la investigación en física de partículas y física nuclear. Recordemos que España es en estos momentos, en 4 Una posible excepción lo constituiría el telescopio MAGIC en La Palma 15

16 razón de su desarrollo económico, el quinto contribuyente neto al presupuesto del CERN, por detrás de Alemania, Francia, Reino Unido e Italia, con una contribución cercana al 8%. Es interesante por lo tanto ver como han articulado la coordinación y el desarrollo de la física de partículas y la física nuclear los distintos países europeos citados. Alemania dispone de dos Sociedades, el Instituto Max Planck y el Instituto Helmholz que gozan de plena autonomía para la distribución de sus recursos. DESY, el gran laboratorio alemán de Hamburgo, y el GSI en Darmstadt dependen, como el resto de grandes instalaciones, del Instituto Helmholz, que agrupa 15 grandes centros. El Max Plank es una institución Federal con diversos Institutos en varios lugares de Alemania, que acogen grupos de investigación tanto experimentales como teóricos. El Instituto Max Planck es, de alguna forma el equivalente del CSIC, pero con una estructura corporativa mucho más flexible. Ambos institutos disponen de gran autonomía y margen de maniobra en sus decisiones, quedando en manos del Ministerio Federal para la Educación e Investigación (BMBF) las grandes decisiones estratégicas. La financiación a los grupos se realiza directamente por los institutos o bien por medio de proyectos del BMBF para aquellas instituciones (tales como universidades) no englobadas en los mismos. Francia dispone de una estructura específica para la física de altas energías y la física nuclear, el IN2P3 (Instituto Nacional de Física de Partículas y Física Nuclear), instituto autónomo englobado dentro del CNRS. Este instituto dispone de grupos en distintos laboratorios y universidades. Disfruta de plena autonomía para establecer sus objetivos científicos y financiar las contribuciones a los distintos experimentos. Aparte del IN2P3, hay algunos grupos teóricos englobados en el CNRS. Los distintos grupos son financiados directamente del presupuesto del IN2P3. El IN2P3 dispone de aproximadamente empleados (aproximadamente el 10% del total del CNRS) de los cuales algo mas de 800 son científicos y unos son personal técnico y administrativo. En Francia hay, además, otro organismo, el CEA (Comisariado de la Energía Atómica, de alguna forma equivalente al CIEMAT) que financia sus grupos propios, independientemente del IN2P3, encuadrados en su división de física nuclear y de partículas DAPNIA. Estos dos institutos gestionan la participación francesa en el CERN y otros experimentos internacionales de física de partículas y astropartículas, así como el laboratorio nacional francés de referencia en física nuclear GANIL. El caso del Reino Unido es distinto en su estructura. En este caso la financiación, dirección y coordinación científica de la investigación en física de partículas se encuentra centralizada en un organismo dependiente del Gobierno a través del Science Research Council, el PPARC (Particle Physics and Astronomy Research Council). El PPARC implementa sus líneas de investigación a través de grants con un mecanismo similar a nuestros proyectos. No obstante, la diferencia es considerable. No solo el volumen de financiación es considerablemente mayor, sino que el PPARC tiene una plantilla de unas cien personas entre científicos, técnicos y administrativos responsables de la planificación, seguimiento y difusión de la investigación en los campos en que es responsable. El PPARC controla distintos laboratorios nacionales, notablemente el RAL. Recientemente ha creado dos nuevos institutos específicamente dedicados a física de aceleradores y sus aplicaciones. El PPARC dirige la política científica en el campo dotando plazas de técnicos o posdocs específicos en aquellas líneas que considera estratégicas. En Italia la investigación en física de partículas y física nuclear está centralizada en el INFN (Instituto Nacional de Física Nuclear). Este Organismo es autónomo y dispone de presupuesto y capacidad de decisión propias. Dispone de varios laboratorios e instalaciones centrales y de numerosas secciones locales, tanto experimentales como teóricas, distribuidas por las distintas universidades italianas. Ha sido un ejemplo muy fructífero; en la actualidad emplea unas personas y ha extendido sus actividades hacia el campo de la física médica y aplicaciones variadas (incluyendo el diseño de superordenadores). Dispone de cuatro grandes laboratorios propios, una instalación subterranea de primer orden mundial (L.N. Gran Sasso), uno de los pocos grandes aceleradores de partículas europeos en funcionamiento fuera del CERN (Frascati) y dos aceleradores de iones pesados en Legnaro y Catania para investigación en física nuclear. 16

17 E) Precedentes del Centro Recordemos que España reingresó en el CERN, que acaba de celebrar su 50 aniversario, en Al mismo tiempo se creó el Plan Movilizador de Física de Altas Energías (el modelo sobre el que se han ido construyendo después los distintos Programas Nacionales) para rentabilizar nuestra pertenencia al organismo desde un punto de vista científico e industrial. Apenas ocho años después, a partir de 1992, alegando un pobre retorno industrial y una insuficiente presencia en los programas científicos del CERN, España suspendió unilateralmente el pago de sus obligaciones. En realidad este periodo corresponde con una época de notable disminución del gasto publico en I+D. En este contexto restrictivo, la cuota al CERN era un ítem obvio donde efectuar recortes. El retorno industrial se había reducido de forma natural debido a la finalización de la obra civil del acelerador LEP. Como consecuencia de la posterior negociación con el CERN y para regularizar su situación, España obtuvo una reducción temporal en su cuota y a cambio se comprometió a desarrollar en nuestro país la física de altas energías creando una estructura administrativa que permitiera canalizar este esfuerzo. Para dar cumplimiento nominal a esta obligación se crea en 1995 el denominado CEFAE (Centro Español de Física de Altas Energías) como centro con patronato englobado en el seno del CSIC 5. En su patronato figuran el Secretario de Estado de Universidades e investigación, el presidente del CSIC, el Secretario General del Plan Nacional de I+D, el Director del CDTI, el Director General del CIEMAT, un representante de Asuntos Exteriores, un representante de la Junta de Gobierno del CSIC y el Director del Centro. En realidad, dicho instituto nunca llegó a funcionar ni hizo intento de hacerlo. Aunque aún hoy en día figura en la relación de centros del CSIC, su patronato nunca se ha reunido ni su creación ha tenido repercusión práctica alguna, excepto la transferencia de la encomienda de gestión del Programa de Física de Partículas al CSIC, que se mantiene de facto en la actualidad 6. No obstante, el CEFAE tiene existencia legal y una posibilidad sería dotarlo de contenidos y medios, reformulando la composición de su patronato y adaptando la normativa para que pudiera cumplir las misiones que se recogen en las recomendaciones del comité RECFA e incluir de manera explícita a la física nuclear. El Centro Nacional de Física de Partículas y Física Nuclear podría pues aprovechar en parte la estructura normativa creada en su día para el CEFAE con las adaptaciones que se requieran. F) Modelo Propuesto para el Centro Nacional de Física de Partículas y Física Nuclear La idea de crear el Centro CONSOLIDER traduce una aspiración antigua de nuestra comunidad, que en buena medida deriva de la observación del enorme éxito que la creación de instituciones como el INFN italiano o el IN2P3 francés han supuesto para las comunidades de física de partículas y nuclear de estos países. Sin embargo, es evidente que el contexto es diferente en cada país y que deben, ante todo, mantenerse los aspectos positivos del sistema actual, como por ejemplo la buena implicación de las Comunidades Autónomas en la financiación de distintas iniciativas. Aún más importante es conservar la estructura y métodos de evaluación y funcionamiento del Programa Nacional de Física de Partículas que ha funcionado con éxito desde hace 23 años. Un Centro de estas características puede ser extraordinariamente útil en: Formular estrategias de política científica. Clarificar quienes son los portavoces de la comunidad y en nombre de quien hablan. Planificar y distribuir recursos. 5 Convenio de creación del Centro Español de Física de Altas Energías de 26 Junio Resolución de la S.E. de Universidades e Investigación de 23 Enero BOE de 2 Febrero Las ventajas de dicha encomienda de gestión no son en absoluto desdeñables, en especial por la singularidad de la gran componente internacional del Programa. 17

18 Representar los intereses de la comunidad ante la Administración. Defender los intereses de la comunidad ante otros campos de investigación y propiciar la colaboración con ellos. Defender los intereses de la comunidad ante las universidades, el CSIC y el CIEMAT. Representar a la comunidad ante el CERN e instituciones similares. El CPN debe constituirse como una estructura nacional de coordinación, que apoye a los grupos existentes en Institutos (pertenecientes al CSIC o autónomos), CIEMAT y Universidades, sin duplicar sus funciones ni introducir burocracias innecesarias. El Centro Nacional debería: Actuar como un organismo de coordinación de los grupos de investigación más que como un instituto de investigación en si mismo. Participar en la coordinación de grandes peticiones (infraestructuras, programas estratégicos, nuevas líneas o acciones) presentadas al Programa Nacional o a la Administración. Definir, en coordinación con los grupos de investigación y las líneas estratégicas en física de partículas y física nuclear. Apoyar a los grupos de investigación en líneas bien definidas y proyectos específicos que trasciendan las posibilidades de los grupos individuales, o en aspectos cuya promoción se considere de interés estratégico. Implementar sobre todo una política de personal bien definida y dirigida en líneas concretas de investigación. Será prioritario el personal técnico de apoyo a los grupos, la dotación de plazas para jóvenes investigadores y la incorporación con carácter temporal de reconocidos expertos que aporten técnicas y conocimientos específicos a nuestra comunidad. Eventualmente, ser titular de grandes equipamientos o infraestructuras científicas en la medida que no estén al alcance de los grupos de investigación. Participar en la coordinación de programas de doctorado, cursos, seminarios y reuniones especializadas. Actuar de motor de los mecanismos de transferencia a la industria española y fomentar las aplicaciones de interés de la física nuclear y la física de partículas. Se propone, por lo tanto, la creación de un Centro Nacional de Física de Partículas y Física Nuclear como institución esencialmente descentralizada responsable de la promoción y coordinación de la física de partículas y física nuclear en España. Desde un punto de vista práctico, es esencial que este Centro disponga de personalidad jurídica propia o una figura jurídica equivalente, con amplio grado de autonomía. Por ello debería adoptar la estructura de un consorcio o bien integrarse de forma autónoma en algún otro OPI, como el CSIC por ejemplo. No obstante, es evidente que la estructura pensada para el Centro no corresponde exactamente con ninguna de las existentes. De una parte, se pretende que este Centro no disponga de sedes o centros propios (aparte de sus servicios centrales administrativos), sino que sus miembros se incorporen como investigadores o técnicos a los distintos grupos 7 ; se trataría por tanto de un centro virtual o distribuido. Esta estructura reproduciría en muy buena medida los ejemplos del INFN y del IN2P3. En el momento actual donde el CSIC está debatiendo su nueva formulación jurídica sería muy conveniente contemplar las posibilidades apuntadas. En caso contrario, lo más conveniente sería adoptar la estructura de consorcio con participación del MEC, CSIC, CIEMAT y las distintas universidades e institutos autónomos. El Centro debería contar con: Un Consejo Rector o Patronato, formado por los representantes de las instituciones participantes (Secretario de Estado, que lo presidiría, Presidente del CSIC, Director General del CIEMAT, 7 Hay grupos en universidades, grupos en organismos independientes financiados por las comunidades autónomas, y grupos del propio CSIC, aparte del CIEMAT, que por sus características especiales merece un tratamiento específico. 18

19 Rectores, etc.), que supervisaría la formulación de iniciativas estratégicas de participación en nuevos proyectos y aprobaría el informe anual de ejecución de las que están en marcha. Un Director Científico que deberá ser responsable de la política científica a medio plazo, y ser elegido en procesos abiertos, competitivos y públicos. Un Comité Ejecutivo o Directorio que ostente las máximas responsabilidades de gobierno del Centro. Además del Director Científico, este órgano colegiado contaría con representantes de distintas líneas científicas del área (física teórica, física experimental de partículas, astropartículas y física nuclear), así como con Vicedirectores encargados de supervisar tareas específicas (Relaciones con las Instalaciones Nacionales, Relaciones con Laboratorios Internacionales, etc.) y el Gerente. Un Consejo de Estrategia Científica integrado por representantes locales de los diferentes grupos de investigación existentes en el país en las áreas de actuación del CPN. El Consejo tiene varias misiones, entre ellas: o proponer al Comité Ejecutivo nuevas iniciativas estratégicas, o asesorar al Patronato en los temas de política científica que aquel requiera, o proponer al Patronato nombres para candidatos a los puestos del Comité Ejecutivo. Un Comité Científico Asesor, externo al CPN, formado por eminentes científicos de la especialidad, encargado de asesorar y evaluar periódicamente las actividades del CPN. Una gestión profesionalizada, con una persona responsable de la gerencia, eficiente y evaluable por objetivos. El Gerente será el responsable de la Oficina de Apoyo. Una Oficina de Apoyo con un núcleo de personal estable, dedicado a tareas administrativas de apoyo, soporte informático, transferencia de tecnología, difusión y relaciones administrativas con las instalaciones nacionales y con los laboratorios y organizaciones internacionales. Un núcleo de personal contratado (investigadores y personal técnico), tanto de forma permanente como temporal, distribuido entre los diferentes grupos de investigación del área, en función de las prioridades estratégicas del CPN. Su contratación, en el caso de los puestos permanentes de carácter científico, deberá basarse en procesos abiertos y públicos y de difusión internacional. El sistema retributivo deberá incluir incentivos que dependan del cumplimiento de objetivos. El esquema general de funcionamiento en ciclos anuales incluye: - Al menos dos reuniones anuales del Consejo de Estrategia Científica o se revisa la situación en las diferentes áreas y globalmente, o se presentan en detalle nuevas iniciativas estratégicas. - Reuniones quincenales del Comité Ejecutivo; al menos una de ellas presencial cada trimestre. - Una reunión anual del Patronato, en la que el Director Científico reporta los avances y presenta las nuevas iniciativas. Los periodos de mandato del Comité Ejecutivo serán de tres años, y podrán ser renovados excepcionalmente por un periodo máximo de otros tres años. Plan de implementación Para poner en marcha esta iniciativa contamos con el precedente del CEFAE, creado formalmente como se ha mencionado anteriormente. Si la iniciativa es aprobada, el primer paso sería una renegociación del convenio de creación del CEFAE y una refundación del mismo, cambiando su nombre y conformando la composición de su Patronato a las nuevas necesidades. Este proceso podría abordarse de manera razonable en un periodo máximo de dos o tres meses. 19

20 Esta vía facilitaría una mayor participación económica de la entidad gestora. Una vez refundado o creado el Centro, podría abordarse ya la formalización de los primeros contratos directamente por el mismo y utilizar la infraestructura administrativa de la que lo dote la entidad gestora para la administración y gestión de los recursos del Proyecto CONSOLIDER. Paralelamente, se iniciarían los trámites para su transformación como Centro CONSOLIDER, con personalidad jurídica propia. La experiencia indica que un Centro de estas características, involucrando la presencia en su Consejo Rector del MEC y de al menos dos OPIs, requiere un periodo mínimo de un año para completar todos los trámites para su constitución formal. La adhesión de los distintos Centros y Universidades al mismo, mediante convenios específicos requeriría probablemente varios meses mas, pero el centro podría ya estar operativo una vez constituido su Consejo Rector y nombrado su Director. Se estima el plazo máximo de puesta en funcionamiento del Centro CONSOLIDER en quince meses. 20

21 2. DESCRIPTION OF THE RESEARCH ACTIVITY PROGRAMME A) OBJECTIVES OF THE PROPOSAL The main goal of the Nacional Center for Particle and Nuclear Physics (CPN) is to propitiate a significant participation of Spanish science in the important challenges present in the fields of Particle and Astroparticle Physics, and in Nuclear Physics in the XXIst Century by reinforcing our competitiveness at the international level, significantly increasing our visibility, allowing our research in Particle and Nuclear Physics to reach a leading position and achieving an optimal use of available resources. The aim is, basically, to ensure that the role played by our country in the previously mentioned fields of research is in accordance with our situation and the position corresponding to us inside Europe. In order to reach these goals, we need to have a well defined scientific strategy an efficient coordination of the activity in all groups adequate human resources, in particular those related to technological aspects, clearly insufficient at present. Groups participating in this proposal are working on different subjects, most of them in the frontier of our knowledge in Particle and Nuclear Physics. Some important examples of those we are willing to push forward with the present proposal are the following ones: the origin of elementary particle masses the nature of dark matter, and dark energy, in our Universe the matter-antimatter asymmetry in the Universe the unification of all fundamental interactions, including gravitation the origin and nature of cosmic radiation the properties of neutrinos quark and lepton flavour dynamics the dynamics of quark confinement the mass and the structure of hadrons the structure, and limits of existence, of atomic nuclei the origin of chemical elements in stellar nucleo-synthesis nuclear matter state equation, and its phase transitions Research activity in these fields takes place in the framework of international collaborations with the participation of a large number of scientists and institutes, in many cases very prestigious laboratories having the highest scientific reputation. National coordination through the CPN will allow to provide a bigger specific weight to the Spanish groups in such an environment, and a much better involvement in the mainstream lines of research. The existence of the CPN will favor: a deeper progress in Fundamental Physics research in our country, greater scientific and technological returns, an optimal profit from the participation of our country in international Organizations or international Laboratories, a higher profile in the international scientific policy scene in this field. 21

22 The instruments and tools that are available today in our science system in Spain are somehow not sufficient if we want to give a leap forward and become part of the countries leading world s science. We believe that in the fields of Particle and Astroparticle Physics and in Nuclear Physics our scientific community is very well positioned in the European research area and that it should be possible to give this big step forward in this case, provided of course that the needed support and resources are provided to us and, perhaps even more importantly, provided that proper coordination and organization mechanisms are put in place. Twenty three years ago, the Programa Movilizador en Física de Altas Energías, was a pioneer program in Spain; its implementation brought about new instruments to our R&D system. However, due to the important qualitative and quantitative growth in some specific fields of research in our country, these instruments are becoming insufficient. This is particularly the situation of Particle, Astroparticle and Nuclear Physics, where there has been a steady but significant growth 8 of the Spanish community over this period. This growth has gone hand by hand with an profound insertion of our scientific community in many of the best international scientific programs, a rigorous management and a level of scientific excellence that is recognized by any objective evaluation. In addition there is also a growing important industrial and technological component in our area. In order to continue the progress in this field, initiated 23 years ago, a new instrument is needed for our community now. This is why we are proposing the creation of the National Center for Particle and Nuclear Physics (CPN). Each of the members of the research groups who are signing this CONSOLIDER proposal, is in one of the following situations: either he/she is presently a Principal Investigator (IPs) of a project approved and funded by the National Program ( ), or of a project in the Sixth European Framework Program, or he/she is acting as an IP of new Project request in the present call for requests in the National Program ( ), or he/she is in a Management position in one of the affiliated institutes. This ensures that this initiative is well vertebrate within the Spanish communities of particle and nuclear physics. The special characteristics of this CONSOLIDER program, make it particularly adequate to constitute a National Centre to coordinate the activities of the participating research groups. This will make possible a qualitative step forward in their scientific research by providing to our particle and nuclear physics national community an organizational structure of a nature similar to the existing ones in other countries of the European Space of Research with whom we collaborate and compete. The idea behind this proposal is not simply to dedicate more resources to a specific research field, but, on the contrary, rather to make use of all the coordination mechanisms that such a National Centre would put in place, in order to establish a selective funding for achieving very precise objectives. We have classified the objectives of this project in four groups: Scientific objectives The objectives we consider of higher priority for the next five years are listed below. We have grouped them in eight extended topics. The existence of the National Center would play a crucial role in achieving them. 1.- To optimize the Spanish participation in the LHC Program at CERN taking into account not only the scientific and technological aspects, but also the manpower and training ones. 8 The field, presently included in the National Program of Particle Physics, was formed (January 1 st, 2005) from the manpower point of view, by 181 experimentalists, 133 theorists, 75 engineers and technicians, and 183 PHD students. A small fraction of groups participating in this proposal, and getting funding support from other Programs (Physics, Space, Astronomy and Astrophysics), have not been included in the previous numbers. 22

23 This large scientific project will start operation in 2007, and the first scientific results should come in There is no doubt that LHC will dominate the scientific activity, worldwide, in the field of Fundamental Physics, for many years. It is essential to guarantee the support to the Spanish participation, so that it can become, as it was the case in LEP, a big success. Among the missions the CPN should have, the following ones are listed next: To provide help to the coordination of the physics analysis by the Spanish groups. To identify aspects where Spanish participation could result visible and decisive To facilitate the collaboration between theoretical and experimental groups in the analysis and the interpretation of the LHC data If it is considered necessary, to establish a Network concerning phenomenology and LHC results To establish, and coordinate, the Spanish position in the relevant decisions to be taken by CMS, ATLAS and LHCb collaborations, in connection to CERN and LHC scientific policy aspects To stimulate the proper operation of Spanish centres participating in the WLCG computing GRID Project, and to facilitate the cooperation between these centres and the experimental groups. 2.- To coordinate the Spanish participation in the international Laboratories of nuclear physics, and in particular, in the new installation FAIR. This large installation in Darmstaadt (Germany), in which Spain is participating, will represent a very important step forward in the study of several hot topics in nuclear physics. The Spanish participation in the new research centre with ion and antiproton beams (FAIR), to be built in Germany, may create a unique opportunity for giving the required boost to experimental Nuclear Physics in our country. Among the missions the CPN should have, the following ones are listed next: To facilitate that Spanish groups can join the different experiments which will take place in FAIR To push for a coordination among the nuclear physics groups in Spain, usually having a very small size, so that Spanish participation becomes visible and in accordance with the participation in the construction of this large installation To coordinate and optimize the scientific and technological activity in FAIR with that one taking place in other Nuclear Physics experimental installations (ISOLDE, SPIRAL II, etc.) To integrate the experimental and theoretical nuclear physics communities in our country, thus facilitating that they collaborate and work together To establish a Network in this field. 3.- To stimulate a coordinated action in theoretical and experimental activities in Astroparticle Physics by pushing forward the new Underground Laboratory at Canfranc, exploiting optimally the MAGIC telescope, and ensuring an adequate presence of our country in future international initiatives. Astroparticle Physics is, at this moment, a very important research field. Europe is leading this international effort and Spain is the fifth country in Europe considering investments in this particular field. Therefore, Spain must defend its scientific interests taking advantage from the existence of first order installations, and also profiting from the presence of an excellent community of astrophysicists. ApPEC (Astroparticle Physics European Coordination) has started the elaboration of a roadmap. In this sense, the CPN should: Facilitate the Spanish participation in Canfranc experiments, with the aim of contributing to the success of this important installation. It is essential to select good experiments that may establish concluding results in the case of double beta decay searches and dark matter searches Participate as much as possible in the process of implementation of the ApPEC roadmap which will take place during the next months Increase the Spanish contribution to the large and relevant experiments in this field. 23

24 3.4.- Favour the collaboration between astroparticle and astrophysics Spanish groups. If needed, specific cooperation mechanisms should be established Stimulate the participation of Spanish groups in the experimental facilities at Roque de los Muchachos, Calar Alto, and others, so that Astroparticle and astrophysics groups work together To provide help for increasing the activity in this specific area by establishing a Network (being considered now). 4.- To favour the participation of Spanish groups in present and future experiments in the field of Neutrino Physics, with special emphasis in those initiatives where Spanish groups might play a leading role. Neutrino research is a very exciting field nowadays. There are in Spain very good theorists, experts in this field, as well as excellent experimentalists who are progressively taking larger responsibilities and getting more prominence, as shown by their participation in very recent innovative proposals. The support, that a structure like CPN can provide, is important, in order to defend scientific interests in international forums, and to increase the specific weight of the Spanish groups in large international collaborations. The CPN is proposing: To stimulate the collaboration between theoretical and experimental groups in neutrino physics related aspects To favour an important participation of Spanish groups in the new generation of experiments using accelerators, like for instance T2K or NOvA, as well as an increase of our participation in relevant experiments without accelerators (like for example DoubleCHOOZ), which are decisive to measure a possible violation of the fundamental CP symmetry in this sector To favour the follow up, and evaluation, of European initiatives in this field, in order to be ready to contribute to decision making policies, and to support those scientific proposals who are of special interest for our country. 5.- To promote the participation of Spanish groups in the preparation, at all levels (detection and acceleration techniques, data taking, analysis and scientific results) of the future International Linear Collider (ILC), ensuring that our presence has the proper weight and visibility. This initiative must bloom around We are actually participating in the CTF3 CLIC facility (specially through CIEMAT, inside a project having an important technological component), and it would be very convenient to be also present in the ILC initiative. In this field there is significant interest not only from the scientific point of view, but also strategically, and even industrially. Therefore, only a coordinated effort will give good chances for success. There exists already a Network devoted to this purpose, but it should be further developed and extended, In this field, there is a very good opportunity to increase significantly R&D activities which can have many important applications, and not only in high energy physics. 6.- To stimulate and coordinate the Spanish participation in other international initiatives, which can be considered inside the scope of fields covered by CPN (flavour factories, new accelerators, etc). CERN has recently established a so called Strategy Group. In a few months important recommendations will be formulated about the future of Particle Physics in Europe. They will have important implications in the field for the next decades. The CPN should participate representing, in the decision taking process at the international level, the scientific, technological and industrial interests for our country. It should be ensured that our visibility is adequate, and that there will be a proper technological and scientific return for our country. The CPN should also participate in the implementation of these decisions at the national level. In parallel APPEC, NuPEC and ESFRI have defined their strategic plans for the future large scale installations in Astroparticle and Nuclear Physics including the longer term projects KM3NeT and EURISOL. 7.- To develop, and apply, Information Technologies in Particle, Astroparticle and Nuclear Physics. 24

25 7.1- CPN should support the implementation of the WLCG Project for GRID computation in the LHC experiments: in particular, it should care for the coordination of distributed Tier1 and Tier2 activities, the obtaining of additional resources, the strengthening of international links, and the optimization of the scientific exploitation, in good connection with the experimental groups Support should also be given to fulfil the intensive numerical computation needs of the theoretical groups in Particle and Nuclear Physics. 8.- To develop new applications of nuclear and particle physics (medical physics, special materials, e-science, etc). Scientific Policy objectives 1.- To create a CONSOLIDER Center, with the name National Center of Particle and Nuclear Physics (CPN), of a distributed nature, with all the features described in this document, having the following missions: To establish the strategies and priority lines of research, medium and long term To coordinate the research activities of the different groups participating in this Project To give technical and administrative support to the activity of the Particle Physics National Program To give advise, in the field of topics covered by the groups participating in this Project, to the Particle Physics National Program, and to the corresponding Administrations To manage the activities associated to the representation of the field at the national and international level To coordinate the Spanish participation in large European and international projects, taking care of managing the common fund contributions, etc To promote and stimulate the participation in the Seventh European Framework Program and in other European Programs of the future European Research Council To push forward initiatives in any resultant sub-discipline related to CPN covered activities To implement the remaining goals, either scientific ones, or scientific policy ones, or technology transfer ones, or outreach ones, which are mentioned along this document. 2.- To establish a program which will allow the incorporation, of well qualified technicians and engineers, to the groups participating in this Project, with the aim of: Incorporating technicians and engineers to the participating groups in order to work on activities which have been considered as strategic, and priority lines, and which are coordinated by the CONSOLIDER Project and, in due time, by the National Centre Incorporating, on a temporary basis, high level technicians and engineers from some other institutions, in order to facilitate the transfer of the relevant know how, mainly in aspects associated to accelerator or detector hardware. 3.- To provide support to the excellence of the groups participating in this Project, by allowing the incorporation young scientists, and ensuring a proper generational renewal. It will imply: The establishment of a competitive program of post-doc contract, which will take properly into account the merits of the candidates. It will complement, and extend, the existing programs. These contracts will be allocated to the different groups working on the strategic and priority lines coordinated by the CONSOLIDER project and, in due time, by the CPN A contribution to the incorporation of young scientists, giving priority to the experimental, and technology transfer, areas. Again, the merits of the candidates should be the basis of the selection procedures. 25

26 4.- To foster the development of R&D activities not accessible to separate independent groups. Technology transfer objectives Particle and Nuclear Physics are disciplines which have always been associated to relevant technological achievements producing, after some time, important beneficial effects for the progress of our society. There are many examples of this, although not always very well known. Following this tradition, CERN decided to establish long ago a Department to take care of technology transfer, and the same applies to other Institutions like IN2P3 in France, or INFN in Italy. These are examples that the CPN should follow. Spanish industry has taken advantage, at the level of advanced technology transfer, of having been connected to the activities in some of our groups, in the fields of Particle Physics or Nuclear Physics. In this sense, we could mention some particular examples, like the vacuum technology transferred to some industries (INGOVI, TELSTAR, Duro Felguera), the construction of complex equipment (Equipos Nucleares, Duro Felguera, SENER, Norte Mecánica), and several contracts to relatively small industries associated to special electronics. There has been also cooperation with industries in the field of software, in particular with DIGITAL for optimizing parameters in the operating system of multiprocessor computers. Spanish industries are actually participating fully in the competitive process required to obtain CERN contracts. Civil engineering work is, if one considers the volume and the economical cost, the biggest type of contracts, and Spanish industries have always been very well placed for them (in the LEP years, 1980`s, and now at the LHC). It also expected to have an important return from the FAIR projects. In addition, PHD students working in these fields get well trained in several techniques, including software and advanced instrumentation. The fact that the work usually takes place in the context of international teams, in a highly competitive environment, is very positive for their training. This very special and advanced manpower training is vital for the maintenance and operation of highly technological industries, which unfortunately are not abundant in our country. Some of the goals, in this context, for the National Center of Particle and Nuclear Physics, will be the following ones: 1.- Facilitate the transfer, to the Spanish industry, of knowledge related to the following technologies: a) Electronics: systems, micro-electronics, opto-electronics. b) Light and particle Detectors c) Radiofrequency. d) High performance magnets (normal, and superconducting) e) Power supplies f) Very high precision mechanical engineering g) Cryogenics h) Ultra vacuum technologies i) Information technologies: data bases, GRID. j) Special materials 2.- Give support to new initiatives in technological applications from the Particle, Astroparticle and Nuclear Physics fields, like for example: n. Medical Physics o. E-science p. Space sciences 26

27 3.- Promote the development of new technologies, whenever possible, when produced as a consequence of R&D activities of any group participating in the CPN. 4.- To create, and make available to Spanish industry, a data base with the different possibilities of technology transfer, the name of a contact person in each case, and a description of possible ways to collaborate. 5.- To stimulate, in a permanent way, the manpower training in the new technologies, both in the case of personnel associated to the CPN or to the participant groups, and in the case of personnel coming from industry. To follow up, and to improve, the technology fellowship program in international organizations (CERN, FAIR, DESY, etc.). 6.- To incorporate, according to available resources, high level tecnical experts, to help in the technology transfer activity, in collaboration with CDTI, OTRI s, and other similar organizations in the Comunidades Autónomas (CCAA). Scientific training and Outreach objectives 1.- Coordination of Doctoral Programs, and Postgrado Programs, with the degree of excellence. Push forward the High Energy Workshop (Taller de Altas Energías, TAE) and the Third cicle of Nuclear Physics (Inter.-universitario) to transform them in Schools of Postgrado at the National level. 2.- Provide support and coordination to the organization of special workshops like the Internacional Winter Meeting, Encuentros de Física Nuclear, Centro de Ciencias de Benasque, Jornadas de Altas Energías de la RSEF, "Workshop on Heavy Ions" and other scientific Congresses of the field. 3.- To improve the knowledge of students, in secondary schools and in universities, about particle physics, astroparticle physics, and nuclear physics. 4.- To give support to an implementation of outreach activities inside our society (seminars and talks, articles in newspapers, special exhibitions, like for instance during Semana de la Ciencia, etc.) 5.- To promote the setting up of a special group inside CPN responsible of outreach activities. 6.- To coordinate actions with RSEF. B) Particle Physics and Nuclear Physics status in 2006: Experimental Particle Physics In 1983 Spain re-joined CERN. Since then, a very significant growth of the Spanish research community in High Energy Physics has been performed in both quality and quantity. The Spanish participation at LEP was based on the contribution to three detectors: ALEPH (IFAE), DELPHI (IFCA and IFIC) and L3 (CIEMAT). This activity allowed for the formation and consolidation of the above groups enabling for a substantial increase in resources, human and infrastructures. Other groups have also contributed with smaller participations to other international projects such as the ZEUS detector at HERA (UAM), CDF at the Tevatron (CIEMAT, IFAE and IFCA), HERA-B (UB), SMC and DIRAC (USC). As a result of the work performed the Spanish groups have reached enough experience and scientific level to be more competitive and ambitious in the present 27

28 experiments especially at LHC at CERN: ATLAS (IFAE, IFIC, UAM), CMS (CIEMAT, IFCA, UAM) and LHC-B (UB y USC). In fact, at LHC, the Spanish contribution is in between 2.5 and 4% of the total economic and human investment (depending on the experiment). The Spanish contribution to the LCG (LHC Computing Grid) project is slightly higher (about 4%). The GRID projects develop applications for processing and transferring huge amounts of data (10 Pbytes by year). Spain also owns one of the 11 Tier-1 centers of the GRID worldwide structure for LHC. This Tier1 belongs to SIP (Scientific Information Port), a centre of massive storage and data processing at Barcelona. Finally, at Spain, there are also three Tier2 centers, in addition, one for each LHC experiment. Hence, for the first time in history, the Spanish experimental groups have a relevant position at the very start of operation of, in this case, the LHC experiments. This, if provided with the needed resources, should guarantee a proper contribution to the results to be obtained in including potential discoveries. It is a goal that the Spanish community will repeat and improve the success of its participation at LEP (about 70 doctoral theses were produced in Spain using LEP data). The participation on neutrino physics includes the experiments ICARUS (Granada Univ.) and K2K (IFAE, IFIC) and it is foreseen to participate in T2K and DoubleCHOOZ. There is also a small, but notable, presence in BABAR (UB, IFIC) To guarantee the agreed commitments in the international projects, a generational takeover needs to be assured stabilizing the trained young researchers enabling them to take responsibilities in the experimental collaborations. Unfortunately and despite the growth of the last years the size of the community is still subcritical and therefore it is mandatory to continue the effort of high quality training of new researchers. Likewise, it is extremely urgent to stabilize the appropriate technical staff presently existing in the groups and which has acquired an important know-how of the techniques of the field. Experimental Nuclear Physics: The first activities started in Valencia (IFIC) and were continued by another group at IEM in Madrid. Those activities were reinforced at the end of nineties with the formation of new groups in the Santiago de Compostela and Huelva Universities, and at CIEMAT. More recently new nuclear physics researchers have been incorporated in UAM, UCM and UPC. Moreover, some groups whose previous activity was only theoretical have now started an experimental research line, as it is the case of Sevilla University. In spite of the recent creation of new experimental groups, the main problem in this research area is that the number of researchers is much lower than the expected one for a country with the socio-economic level of Spain. The main experimental nuclear physics research line in our country is the study of the structure and dynamics of the atomic nucleus, using reactions induced by neutrons, stable nuclei and exotic nuclei mainly. Other activities, involving a small amount of people, are related with the nuclear astrophysics, nucleus-nucleus collisions or hadronic physics. This experimental activity is greatly recognized internationally and is performed in almost all European installations dedicated to this field of research, as it is the case of the Isolde and ntof experiments at CERN, GSI (Germany), GANIL (France), LNL (Italy), CRC (Belgium) y JYFL (Finland). It is remarkable that the Spanish groups activities in those installations are accepted due to the scientific excellence and our country is not contributing to the installation maintenance, with the exception of ISOLDE at CERN, where the Spain contributes since The financing of the Spanish groups comes from the Particle Physics National Programme and from the European Union Framework Programmes. This support does not allow to invest in scientific infrastructure and technical or postdoctoral human capital appropriated to the research activity developed. The Spanish participation in the new research center with beams of ions and antiprotons (FAIR), to be constructed in 28

29 Germany, could represent a unique opportunity to give the needed boost to the Spanish experimental nuclear physics, and the research staff of the groups to be increased in order to reach the critical size needed to participate successfully in this project. Theoretical Particle Physics Since the seventies, the Spanish science has maintained an important international presence in theoretical particle physics, reaching an excellent level above what would correspond to the poor economical contribution to R&D. There are at present very competitive groups in most of the big Universities and research centres of our country: IFAE, IFIC, IFT, IGAE, IMAFF, UB, UCM, UGR, US, UZ,...Nevertheless a big problem of aging and generational takeover exists. The Spanish theoretical particle physics has now an excellent generation of young researchers with the highest international level, whose incorporation and stabilization in the R&D system is going very complicated. The resultant brain escape to other countries is worrisome, especially considering that it is foreseen a significant retirement number of researchers in the following years. The strong Spanish implication in LHC and the potential participation in world scale projects suggest upgrading the effort on particle phenomenology, promoting the collaboration with the experimental groups. Is rather anomalous the non-existent theoretical researchers at Institutes with a very high experimental activity. Theoretical Nuclear Physics There is presently at Spain consolidated research groups with activity in theoretical Nuclear Physics at the universities of Barcelona (UB, UAB, IEEC), Cantabria, Granada, Madrid (UAM, UC), Salamanca, Santiago, Sevilla, Valencia and CSIC (Madrid). There are also researchers on Theoretical Nuclear Physics at the universities of Extremadura, Huelva and Zaragoza. The research activity covers practically all the Nuclear Physics field. It is also remarkable the research on areas related to Nuclear Physics, as Molecular Physics, Solid State Physics, Astrophysics, Bose-Einstein condensates, Liquids Super-fluidity, etc The staff size on Theoretical Nuclear Physics at Spain is not enough and the Spanish system of R&D would have to guarantee, at least, the generational takeover. The researchers are well known and integrated in the international context. It is remarkable the official participation of our country in the ECT* (Italy), centre coordinator of the theoretical nuclear physics European activity. Moreover the theoretical nuclear physics community has an increasing degree of integration with the experimental and applied nuclear physics communities. Some international projects act as catalyzers of the theoretical and experimental groups, as it is the case of FAIR. The financing of the Theoretical Nuclear Physics Research is mainly covered the Physics Programme. This financing is, in general, enough to maintain the activity. Nevertheless, it would be needed to increase the budget devoted to pre-doctoral fellowships and postdoctoral contracts, in order to maintain the high quality level of research, and to assure the generational takeover. Astroparticle physics The Astroparticle Physics at Spain has only been present, up to about ten years ago, at the Canfranc Laboratory from UZ (double beta decay, dark matter, CAST) and at the UCM participating in the HEGRA 29

30 experiment, at La Palma. From 1996, the activity has progressively increased involving more national groups in top projects. IFIC participates in the neutrino experiment ANTARES using a submarine telescope detector; the USC, in collaboration with the UCM and the UAB participate in the cosmic ray observatory AUGER-SOUTH, installed in the Argentinan Pampa, being the biggest terrestrial experiment of this type. Three institutions (IFAE, UAB, UCM) participate in the gamma ray Cherenkov telescope MAGIC, the biggest, more advanced and the best resolving power of the world at the present time, which is the continuation of the HEGRA experiment. The IFAE has constructed completely the chamber. The CIEMAT is an outstanding collaborator of the cosmic ray satellite detector AMS, and the IAA works in several astroparticle experiments now being designed. The Astroparticle Physics field, belonging to both the Astrophysics and Particle Physics fields, is presently being worldly promoted. A participation in most of the important aspects and a leadership position in some of them indicate that our country has taken the good direction. The start of the new Canfranc laboratory will represent a very important step. Accelerators and Detectors R&D The technological aspects of the nuclear and particle physics have been traditionally poorly developed in our country, due to the fact that the research is mainly done at the universities, which do not have enough technical infrastructure and specialized human capital. Only one technological centre, the CIEMAT, had the possibility to realize technological projects fairly complex. The CIEMAT had developed a good level in the construction of muon chambers for particle physics, at the time of Spain returning to be membership of CERN, which was coincident with the approval of the HEP Plan Movilizador. Other groups were then initiated with the goal to participate in hardware developments. First at LEP and now at LHC, the group participations have been excellent on the construction of detectors level, but more modest at the level of R&D. CIEMAT has continued its activity on muon chambers for CMS and other groups have been involved on the big systems construction as IFAE and IFIC on the hadronic calorimeter of ATLAS, the UAM on the electromagnetic calorimeter of ATLAS, the IFCA on the global link system of CMS and IFIC on the silicon tracker of ATLAS. Nevertheless, the experimental groups are conscious of the importance of the R&D and have been progressively implied in different activities. That is the case of the photomultiplier systems to be operated at the sea, the fast readout electronics, the photomultipliers tube chambers of MAGIC, the characterization of optical sensors, the mechanics and precision metrology and the mechanizing for automatic handling and extremely precise of big structures. It is to be remarked the development of silicon detectors at IFIC and IMB- CNM and the specific contributions to semiconductor detectors/electronic highly radiation hard, micro-strip and pixel semiconductors. The superconductivity group of CIEMAT has developed superconducting magnets for TESLA500, potentially being used at XFEL or ILC. Presently, they are collaborating with other institutions in an ambitious project for the construction of the CLIC Test Facility 3 at CERN, including developments of radiofrequency, which signify a new line of R&D at Spain. Other groups, as IFIC and UPC participate also in this effort. The group of CIEMAT is also coordinating the Spanish contribution to the accelerators of FAIR, in particular the design and construction of all the magnetic elements of the NESR ring. Other initiatives are related to the liquid Argon systems. The nuclear physics groups have also developed R&D projects on detectors. In particular it is remarkable the effort made on technical development of gamma ray detection with scintillators and Germanium hyper-pure, neutron detection and design of solid state detectors and associated electronics with low threshold for the charged particle detection. 30

31 Some of those activities are being done in collaboration with the industry. The total volume of those activities is small compared with the most advanced countries in our environment, but offers a big growth potential. Particle and Nuclear Physics Applications There are a lot of potential applications of particle and nuclear physics. Many of them are commercialised or belong to the nuclear technological area, which do not correspond to this Programme. Although it is not easy to distinguish the frontier, comparison with other countries of our environment shows that the experimental particle and nuclear physicists have a remarkable spin-off activity related to the big scientific discoveries and new techniques. Unfortunately, in our country the activity is still poor. It is interesting to enumerate some of the most outstanding activities: MEDICAL PHYSICS. - The advanced image techniques have been highly developed, including nuclear magnetic resonance (RMN), computer tomography (TAC), photon emission tomography (SPECT) or positron emission tomography (PET). The information can be anatomical or physiological (RX, TAC, RMN) or functional (PET, SPECT, mammography). Some groups at Spain (IFAE; IFIC; CIEMAT and USC) are developing new strategies to improve the image quality and the sensitivity and resolution of the devices. On the other hand other groups have also made advancements at the software or simulation level. The IFAE and IMB-CNM participate in the European project DearMama of the VI Framework Programme, coordinated by IFAE. The goal is to develop a complete device of digital radiography of high resolution and low dose, which is almost completed already. At IFIC it has been developed a portable gamma mini-chamber, especially optimized for thyroid, which has already been patented and is being commercialised by a spin-off firm. The physics is not only used for diagnosis, but also to cure. The radiotherapy (gamma rays) is a habitual procedure to treat the cancer at the hospitals. The most recent advances in Medical Physics point to the better performance of the hadronic therapy, with protons or heavy ions, because it allows concentrating the dose in the tumor zone. This innovated therapy procedure exists already in some European countries, as Germany or Italy. At Spain has not already been developed, but a project exists of one installation under the IFIC leadership. The experience of the nuclear physics groups acquired in GSI on the nuclear reactions induced by relativistic nuclei, could be exploited. It is worth to mention that the medical physics developments are now one of the priorities of the nuclear and particle physics in other countries. DATING TECHNIQUES.- Carbon-14 opened a revolution on dating techniques. This technique has allowed measuring samples aged up to years causing a big impact on Archeology. It is also useful to analyze contamination and in the field of biomedics. It is used in more than 30 laboratories from all around the world. With this technique it is also possible to detect food forbidden additives. RADIOACTIVE WASTE INCINERATION.- The possibility to produce big amount of neutrons using spallation reactions allow the transmutation of long lifetime nuclei on short lifetime or stable ones using capture reactions. These studies, still on research and development status, would allow waste elimination of long lifetime produced in nuclear fission reactors. The experiments of characterization of spallation reactions at GSI and the experiment n-tof of CERN, in which the groups of USC, IFIC, CIEMAT, UPC and USE are participating, are implied on this project. OTHER TECHNOLOGIES. - The accelerators also allow the environmental study of presence of elements only produced in nuclear explosions or coming from waste nuclear treatment industries, as it is the case of Cl-16 or I-129. In the ceramic industry, it is possible to do surface lithography, to analyze the composition of materials in surfaces nuclei The employed technique is RBS (Rutherford Back-Scattering). The PIXE techniques are used in precision microscopy: the atomic composition of materials is reached. Also the use of proton 31

32 accelerators for nanolithography is in development. Some of those applications are now developed at the tandem accelerators of CAN in Sevilla and CMAM of the Univ. Autónoma de Madrid. Many of those aspects are difficult to cope without enough technical support and an adequate planning policy. C) Justification for the institute During the last two meetings of the RECFA (Restricted European Committee on Future Accelerators) committee in Spain 1997 and 2003 decided to recommend to the Spanish government the creation of a national institute to promote and coordinate research activities on Particle and Nuclear Physics and their applications 9. The national R&D program of the Spanish government for the period Plan I+D+i includes the following recommendation: There are several reasons that support the creation of a national institute for particle physics at a national level. These arguments are mainly related to the scientific and technological feed-back due to our contribution to CERN: a) The optimum use of the scientific, academic, technological and industrial opportunities due to the Spanish membership of CERN. An increase in the number of Spanish experimental physicist and engineers at CERN will contribute to obtain a larger feed-back, a better use of the CERN training opportunities and a larger Spanish presence at CERN. b) The characteristics of the research projects in particle physics, in particular their long duration in time, the technological complexity and the international framework require a high degree of coordination at the national and international level. c) The technological complexity of these activities also requires research groups where scientists have to work with engineers and technicians. In the present framework of the Spanish research system such a possibility is extremely difficult, in particular due to lack of engineers and technicians in the research groups based at universities. The nuclear physics board of the European Physical Society also recommended to the Spanish government during its last meeting in our country (May 2004) an increase in the resources devoted to nuclear physics and a coordinated action for the Spanish participation in FAIR 10. In spite of the clear progress brought to the field by the national program on high energy physics from 1984 Programa Movilizador de Física de Altas Energías, nowadays the Spanish community on particle and nuclear physics still does not have the required size. Compared to other countries at our economical and social level, the number of Spanish scientist should be increased at least by a factor two. The situation is even worse when talking about the number of engineers and technicians which should increase at least by a factor of ten. During its visit in 2003 RECFA also highlighted some progress in the Spanish situation: 9 Letter of the FECFA chairman to the Spanish Ministry of Science and Technology on 22 April Letter of the chairman of the Nuclear Physics board of the EPS to the Spanish Ministry of Education and Science on 14 June

33 Several of the Spanish laboratories have now grown to a size whereby they can make major contributions to particle physics projects. This has resulted in some institutions, for example CIEMAT (Madrid), IFAE (Barcelona) and IFIC (Valencia) taking leading roles in the construction of parts of the LHC detectors. This greatly strengthens the international profile of Spanish particle physics, as does the high quality of the Spanish contribution to running experiments and data analysis. Gratifying though the growth of particle physics in Spain is, ECFA urges on the Spanish government the necessity to continue this growth. Even now, Spain has a much smaller community of physicists per head of population or per GDP than comparable European countries. Thus there is much to be gained by continuing to develop particle physics in Spain and continuing to increase the value for money that Spain obtains from its membership of CERN. The limitations of the Spanish research system are at the origin of some important problems: the size of the research groups is in some cases sub-critical and the generational replacement could not be guaranteed. The lack of technical support to the research groups is critical, being the main consequence the limited participation of our country in technological developments with high added value. In fact, even if the Spanish participation with limited resources is still important in some experiments in particle physics, as pointed out by RECFA, this participation in not yet crucial in any of them 11. Moreover, up to now our country is not involved in any sizeable R&D development on detectors or accelerators. In order to improve the situation RECFA made the following recommendations: A possible solution is to fund what would be effectively new chairs in universities via senior appointments in experimental particle physics at a new national institute. This already happened at some universities, which have particle physics institutes, such as IFAE (Barcelona), IFIC (a joint CSIC-UV institute) and IFCA (a joint CSIC-Universidad de Cantabria Institute). It could be extended to all universities by the establishment of a national institute for experimental particle physics, to some extent similar to INFN in Italy or IN2P3 in France. Such an institute would have outstations at each university and the senior staff would have joint appointments involving the normal range of teaching and other duties. Such an institute would also result in better intergroup collaboration, which the committee noted was relatively lacking, and improve the strategic planning of experimental physics in Spain. It would also be able to provide the infrastructure and technical posts necessary to carry out experimental particle physics, which cannot be provided by the universities. Care must be taken that such a structure be loose enough not to jeopardize the excellent collaboration between the experimental groups and the Spanish regional governments, which is one of the strengths of the current system. RECFA recommended thus the creation of a geographically distributed national institute for particle and nuclear physics. This means that this institute should be associated to the presently existing research institutes or university groups or those that could be created in future. Such a solution will contribute to the consolidation of new research groups and would bring consolidated groups to their maturity. In fact this recommendation coincides with the wish of the Spanish community on particle and nuclear physics that has been continuously transmitted to our scientific authorities. The new projects that our field has to face during the next years require a qualitative change in the role that the research in particle and nuclear physics in our country is playing in the international scene. It is clear that the Spanish contribution has to gain in visibility in international experiments, new accelerator projects like ILC or international research centres like CERN or FAIR. An active research field should always think on future and in our case this means new investments on R&D for detection and acceleration techniques. In fact, most developed countries dedicate important resources on new projects related to particle and nuclear physics. Unfortunately, the present structure of the Spanish research system does not allow for a structured and planned Spanish participation in any of those initiatives. 11 A possible exception will be the MAGIC telescope at La Palma. 33

34 In parallel, our research structure should guarantee a technological transfer to industry and identify mechanism to enhance the impact of our developments on our society. And last but not least, a correct structure for our field would also contribute to optimize the use on the new scientific infrastructures that are being built in our country. Some examples are the underground laboratory at Canfranc, the MAGIC telescope at La Palma, the tandem accelerators at Sevilla and Madrid, the synchrotron source at Barcelona and the possible research centre on hadron therapy at Valencia. It is obvious that the proposed scientific structure providing coordination, plannification and human and material resources will play this role. D) Some examples Many of our neighbouring countries have proposed different scientific structures to promote and coordinate research in particle and nuclear physics. Clear examples are Germany, France, United Kingdom and Italy. Since Spain, according to its economical position, is the fifth contributor to CERN (8% of CERN s budget) just behind the mentioned countries, it is very interesting to analyzed the different solutions proposed in those countries to organize the research in particle and nuclear physics. Germany has two institutions coordinating and funding research and in particular particle and nuclear physics, the Max Planck and the Helmholz institute. Large scale infrastructures in particle and nuclear physics such us DESY, GSI and others up to 15 are controlled by the Helmholz institute. The Max Planck is a federal institute constituted by many local institutes all around Germany that coordinates and funds most of the research groups, experimentalist and theorist, in particle and nuclear physics. In fact, the Max Planck institute would be equivalent to the Spanish research council CSIC, but with a more flexible corporative structure. Both institutes have large autonomy while the federal Ministry of Education and Science (BMBF) only defines general strategic lines and directly funds via a grant system those research groups based at universities. France has a specific scientific structure for particle and nuclear physics, the IN2P3 (Institute National de Physique Nuclèaire et de Physique des Particules) which is an independent institute inside the French national research council CNRS. IN2P3 is a distributed institute that coordinates and funds research in particle and nuclear physics in research groups based both in research institutes and universities. The autonomy of IN2P3 is such that it defines the main French scientific objectives in particle and nuclear physics and funds not only the research groups but also the French contributions to international collaborations. Presently IN2P3 has some 2200 employees (about 10% of the total CNRS staff) where 800 are scientists and 1400 are technical and administrative support. Moreover, France has another institution dealing with research in particle and nuclear physics, CEA (Commissariat a l Energie Atomique) which somehow could be equivalent to the Spanish CIEMAT. CEA funds and coordinate its own research groups in particle and nuclear physics DAPNIA. These two institutes manage the French participation to CERN as well as the national laboratory for nuclear physics GANIL. United Kingdom has a different scientific structure. In this case the coordination and funding of the research activity in particle and nuclear physics is centralized by an organism that directly depends on the government through the Science Research Council, PPARC (Particle Physics and Astronomy Research Council). PPARC defines its scientific policy via a funding system based on a competitive grant allocation system similar to the Spanish funding system and providing postdoctoral and engineer positions to those research groups working on strategic research programs defined by PPARC. However, there are large differences with respect to the present Spanish system, not only at the level of the economical resources but also because PPARC has its own staff with some 100 employees including scientists and technical and administrative personnel. PPARC coordinate different national laboratories, in particular RAL, and recently has created two new institutes devoted to accelerator developments and applications of particle and nuclear physics. 34

35 Italy coordinates and funds all its research activities in particle and nuclear physics through INFN (Instituto Nationale de Fisica Nucleare). This is an independent organism with its own budget and autonomy to define the Italian scientific policy on these research areas. INFN is distributed all over Italy through different national laboratories and local sections in many Italian universities. INFN has four large laboratories, the underground facility at Gran Sasso, one of the few particle accelerators outside CERN at Frascati and two heavy ion accelerators devoted to nuclear physics at Legnaro and Catania. INFN represents a successful example of coordinating activity in particle and nuclear physics with more than 5000 employees and expanding its research domain to applications (including the design of large scale computers) and in particular to medical physics. E) Precedents In 1984 Spain joined again CERN (which has just celebrated its 50th anniversary). At the same time the Plan Movilizador ("Mobilizing Plan") for HEP was launched to exploit the participation in CERN from both scientific and industrial perspectives. This successful plan later became a model for developing different National Programs in other research areas Eight years later, starting in 1992, Spain suspended unilaterally the payment of its obligations arguing a poor industrial return and an insufficient presence in the CERN scientific program. The industrial return had naturally decreased due to the end of the civil engineering for the LEP accelerator tunnel. But in fact the situation corresponded to a period with significant reduction in public investment on R&D in Spain. Under this restrictive framework, the quota paid to CERN was an easy target for cuts. As a result of negotiations with CERN, and to regularize its situation, Spain obtained a temporary reduction of its quota and, in exchange, promised to develop High Energy Physics in Spain, and, in particular, to create an administrative structure to support this effort. To nominally fulfill this compromise, the Centro Español de Física de Altas Energías (Spanish Center for High Energy Physics), CEFAE, was created 12 in 1995, as a Center with a Governing Board integrated in the Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC, the Spanish National Research Council). The Board included the Secretary of State for Research and Universities, the President of the CSIC, the General Secretary of the National Plan for R&D, the Director of CDTI, the General Director of CIEMAT, a representative of the Foreign Affair Ministry, a representative of the Governing Board of CSIC, and the Director of the Centre. In fact, the centre never came into live; although formally included in list of CSIC Centers, the Board never held a single meeting, and the only practical impact was the transfer of the management of the Particle Physics Program to CSIC, which has been maintained de facto until now 13. In any case CEFAE has a legal entity and so the possibility to endow it with appropriate resources and a clear mission is in principle still open. This would require a major change in the composition of the Board and the governing rules to fulfill the missions included in the RECFA committee recommendations, and it should also include the nuclear physics area explicitly. F) Model Proposed for the Spanish Center for Particle and Nuclear Physics 12 Convenio de creación del Centro Español de Física de Altas Energías, 26 June Resolución de la S.E. de Universidades e Investigación, 23 January 1996, published in BOE 2 February The benefits of this management charge are significant, in particular due to the singularity of the large internacional component of the Programme. 35

36 The creation of the Nattional Center for Particle and Nuclear Physics under the umbrella of the CONSOLIDER Programme is an old aspiration of our community, largely triggered by the observation of the successful impact of similar institutions in other countries, such as the INFN in Italy or the IN2P3 in France, in their High-energy Physics communities. However it is also evident that the context varies from country to country, and there are positive aspects in the current Spanish system that should by all means be preserved like, for example, the participation of the Regional Autonomous Governments in the support of specific initiatives. It is even more important to preserve the structure, evaluation methods and functional procedures of the National Programme for Particle Physics that has successfully worked for the last 20 years. Having in mind all these considerations, the proposed National Center can be extremely useful to: Define scientific policy strategies Plan and distribute resources Identify the representatives of the community, making transparent who speaks what, on behalf of whom. Defend interests vis-à-vis the Government. Defend interests vis-à-vis the Universities, CSIC or CIEMAT. Defend interests vis-à-vis other sciences while promoting collaboration with them. Represent the community at CERN and similar institutions. The CPN should be structured to provide a coordination at the national level, supporting the existing groups at Universities, CSIC or other Research Organisations, avoiding duplication of functions and without adding an unnecessary new layer of bureaucracy. In this sense the centre should: Act as a coordinating body for the research groups and not as a research institute by itself. Participate in the coordination of large requests on infrastructures, strategic programmes, new lines of research or scientific policy actions, etc. to the National Programme or to the Government. Advise, in coordination with the research groups, the Spanish Government on the scientific policy in particle and nuclear physics. Support the research groups along well defined and specific research projects going beyond the possibilities of single groups, or in topics whose promotion is considered of strategic interest. Implement a well defined policy on personnel oriented to support specific research lines. Such policy should prioritize technical support for the groups, contracts for young researchers and the temporal incorporation to Spanish groups of senior scientists with relevant expertise on specific techniques. Eventually, become the hosting institution of large equipment or scientific infrastructures when this task exceeds the capacity of single groups. Participate in the coordination of doctorate programs, courses, seminars and specialized meetings or workshops. Actively promote the mechanisms for technology transfer towards the Spanish industry by encouraging the development of applications stemming from nuclear and particle physics. All this being said, we propose to create a centre named Centro Nacional de Física de Partículas y Física Nuclear (CPN), as a decentralized institution responsible for the promotion and coordination of particle and nuclear physics in Spain. From a practical point of view, it is essential that this centre has its own legal identity, or a very large degree of autonomy. This requires either adopting the legal structure of a Consortium, or its integration in an existing Public Research Organization, such as the CSIC. The participants in this CONSOLIDER application have asked CSIC to assume the role of Coordinating Institution. However, none of the existing centres within CSIC matches the desired structure contemplated here, namely a Center without "walls" or "headquarters" (with the exception of central administrative services) whose members are posted as 36

37 researchers or technicians in the different affiliated groups 14. That is, the Centre would be virtual or distributed centre, reproducing in good measure the examples of INFN or IN2P3. Currently the CSIC is debating its new legal structure as a national agency, and therefore the proponents of this CONSOLIDER project should certainly consider the possibilities that this new framework may offer. Another viable possibility would be to adopt the legal structure of a consortium with participation of MEC, CSIC, CIEMAT and the different Universities and Institutes. The structure of the centre should consider a Governing Board of Trustees or Patronage, including the representatives of the participating institutions (Secretario de Estado, President of CSIC, Director General of CIEMAT, Rectors, etc. ), an Executive Committee in charge of the centre management, and a Scientific Committee with relevant scientists in the area. A Scientific Director that should be responsible of the execution of the scientific policy at mid term, and elected in an open, competitive and public process. An Executive Committee with the maximum government responsibilities of the centre. This collegiate body will be integrated by the Scientific Director, representatives of the different scientific lines (theoretical physics, experimental particle physics, astro particle and nuclear physics), and Vice directors in charge of the supervision of specific tasks (like relations with national facilities, relations with international labs, etc.) and a General Manager. A Scientific Strategy Council integrated by the local representatives of the different research groups in Spain in the areas of interest for CPN, with the following missions: o Propose new strategic initiatives to the Executive Committee o Provide advice to the Board of Trustees on topics related to scientific policy when requested o Propose candidates for the Executive Committee to the Board of Trustees An Advisory Scientific Committee, external to the CPN, integrated by relevant scientists of each speciality at international level, to advice and periodically evaluate the activities of the CPN. A professional management including a person responsible for management, that should be highly efficient and evaluated according to objectives. The General Manager will be responsible of the Support Office. A support office with kernel including staff personnel, devoted to administrative tasks and informatics support, technology transfer, diffusion and administrative relations with the national facilities and international labs and organizations. A kernel of contracted personnel (researchers and technicians), either temporal or staff, distributed among the different research groups of the area according to the strategic priorities of the CPN. The selection process for permanent scientific positions will be based on an public open procedure with international diffusion. The salaries will include incentives according to the fulfilment of objectives. The general function scheme in annual cycles includes: At least two annual meetings of the Strategy Scientific Council o To revise the status in the different areas and globally o To present in new strategic initiatives 14 There are research groups in Universities, groups in independent organisms financed by autonomous governments, and groups in CSIC itself, without including CIEMAT, that requires a specific treatment given its special characteristics. 37

38 Biweekly meetings of the Executive Committee, at least one of them in site each three months An annual meeting of the Board of Trustees, where the Scientific Director will report on the current status and present new initiatives The mandate for the Executive Committee is three years that can be exceptionally renewed for another maximum period of three years. Implementation Plan As indicated previously, an starting point for this initiative could be the precedent CEFAE Centre. Assuming that this initiative is approved, the first step would possibly be a renegotiation of the creation agreement, including the change of the name, and the composition of the Board of Trustees according to the new situation and needs. This process could be handled in a reasonable way in a maximum period of two or three months. After this centre is reactivated (or created anew), it could manage directly the first contracting actions, using the administrative infrastructure provided by the management organization (CSIC) for the administration and management of the CONSOLIDER project. In parallel, the procedure to transform this into a CONSOLIDER centre as a separate legal entity could be initiated. According to previous experience, the constitution of a centre of this type that includes at least two OPIs and MEC in the Board of Trustees requires at least one year. The affiliation of the different centres and Universities through specific agreements would require most likely several months more, but the centre could be already operative once the Board of Trustees is constituted and a Director appointed. The estimated time for the centre to be fully operative is estimated to be fifteen months at most 38

39 3 ESTRUCTURA FUNCIONAL DEL GRUPO (máximo 1-2 páginas). El equipo CPN-Consolider está formado por grupos de investigación de 25 Institutos y Universidades: IFIC, CIEMAT, ICE, IEM, IFAE, IFCA, IFT, IGFAE, IMAFF, IMB, UAH, UAM, UB, UCM, UGR, UH, UIB, UM, UO, UPC, UPV, URL, US, USAL y UZ. Siete de ellos, son Institutos de la Entidad Gestora CSIC (IFIC, ICE, IEM, IFCA, IFT, IMAFF, IMB). Con objeto de asegurar un funcionamiento flexible y eficiente, el equipo CPN-Consolider adoptará la siguiente estructura funcional: El Investigador Coordinador, Antonio Pich Zardoya, asumirá la coordinación científica del equipo, y especialmente las funciones que se le asignen en la Convocatoria, el Programa de actividad investigadora y el Convenio de ejecución. Estará asistido por Marcos Cerrada Canales, que desempeñará las funciones de co-coordinador. Los Investigadores Principales de los grupos que integran el equipo formarán el Consejo de Estrategia Científica, prestando el apoyo necesario al Investigador Coordinador en el ejercicio de sus funciones. Se creará un Comité de Dirección formado por cinco miembros del equipo que asesorará y apoyará al Investigador Coordinador y al co-coordinador. El Investigador Coordinador podrá encargar tareas específicas a los miembros de dicho Comité de Dirección. El Comité de Dirección contará con una Oficina de Apoyo, dedicada a tareas administrativas, soporte informático, transferencia de tecnología, difusión y relaciones administrativas con las instalaciones nacionales y con los laboratorios y organizaciones internacionales. La Oficina de Apoyo tendrá su sede en la Entidad Gestora. Se establecerán mecanismos que aseguren una adecuada renovación en las tareas de dirección de cada uno de los grupos participantes y en el Comité de Dirección. Se prestara especial atención a una adecuada representación de géneros en los órganos directivos así como en el proceso de selección del personal contratado. El esquema general de funcionamiento en ciclos anuales incluirá: - Al menos dos reuniones anuales del Consejo de Estrategia Científica - Reuniones quincenales del Comité de Dirección; al menos una de ellas presencial cada trimestre. 39

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