Fascinující Big Science

Největší německé urychlovačové centrum: DESY v Hamburku
Největší německé urychlovačové centrum: DESY v Hamburku Daniel Bockwoldt/dpa
Německo poskytuje vědcům skvělou infrastrukturu pro výzkum pomocí velkých zařízení – od výpočetních clusterů až po urychlovač částic. Kromě toho se německé výzkumné týmy podílejí na řadě velkých mezinárodních výzkumných projektů.
Výzkum s využitím velkých zařízení hraje v německém vědeckém provozu významnou roli. To platí jak pro základní výzkum, tak pro převádění poznatků do podoby inovací. K probádání nejmenších struktur hmoty, ale i k vyřešení globálních otázek týkajících se klimatu, životního prostředí nebo alternativních zdrojů energie, vědci potřebují složitá zařízení jako např. výpočetní clustery nebo urychlovače částic. Zařízení potřebná pro Big Science v Německu provozuje státní Helmholtzovo sdružení (Helmholtz-Gemeinschaft), největší vědecká organizace v zemi.
 

Země vstřícná k zahraničním vědcům

Helmholtzova centra (Helmholtz-Zentren) úzce spolupracují s vysokými školami a neuniverzitními výzkumnými institucemi, jako jsou např. instituty Společnosti Maxe Plancka (Max-Planck-Gesellschaft), Fraunhoferovy společnostit (Fraunhofergesellschaft) a Leibnizova sdružení  (Leibnizgemeinschaft), jakož i s ekonomickou sférou. Vynikajícím příkladem takové spolupráce je experimentální zařízení Wendelstein 7-X sloužící k výzkumu jaderné fúze, jež provozuje Ústav fyziky plazmatu Maxe Plancka (Max-Planck-Institut für Plasmaphysik), přidružený člen Helmholtzova sdružení. O místa při provádění experimentů na zařízeních Helmholtzových center, z nichž některá jsou ve světovém měřítku jedinečná, se mohou hlásit doktorandi a vědci nejen z Německa, ale i ze zahraničí. Zařízení tak neslouží jen základnímu a aplikovanému výzkumu, ale také vědecké spolupráci. Do Helmholtzových center každoročně přijíždí hostovat více než 7.000 zahraničních vědců.
 
Zařízení Helmholtzova sdružení jsou stejně různorodá, jak různorodý je i výzkum v jejích šesti badatelských oblastech. Na výzkumu v oblasti „země a životní prostředí“ se podílí německá výzkumná flotila včetně Sonne, nejmodernější výzkumné lodi na světě. Témata, kterými se vědci na palubě plovoucí laboratoře zabývají, se týkají zejména změny klimatu a ochrany mořských ekosystémů. Systém země v celé jeho složitosti zkoumají měřící stanice a laboratoře jako např. polární stanice Neumayer Station III v Antarktidě a Modular Earth Science Infrastructure (MESI) při Německém geovýzkumném centru v Postupimi (Deutsches Geoforschungszentrum, GFZ). Vědci chtějí lépe rozumět klimatickým a geologickým změnám a pracují na vývoji koncepcí ochrany před zemětřeseními nebo vlnami tsunami.
 

Vesmír a mikrokosmos

Výzkum v rozsáhlé badatelské oblasti letectví, kosmonautiky a dopravy řídí Německé středisko pro letectví a kosmonautiku (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, DLR) v Kolíně nad Rýnem, které provozuje 33 ústavů. DLR se z velké části podílí na „Misi Rosetta“ Evropské kosmické agentury (ESA), mělo na starosti sestrojení přistávacího modulu Philae a řídící centrum, které v roce 2014 řídilo první přistání na kometě. Jedním z mnoha zařízení DLR je např. také aerodynamický tunel sloužící k testování modelů letadel za podmínek co nejbližších realitě a výzkumné letouny jako HALO, které zkoumají atmosféru.
 
Naopak rozmanitost mikrokosmu zkoumají vědci pracující na renomovaném hamburském synchotronovém zdroji záření DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron) v Hamburku, který patří k nejlepším pracovištím zabývajícím se urychlováním částic na světě. Velkozařízení DESY zkoumá vzájemné působení nejmenších elementárních částic nebo chování nových nanomateriálů. Urychlovač PETRA III v areálu DESY je nejvýkonnější Positron Electron Tandem Ring Accelerator na světě. Od roku 2017 bude evropský rentgenový laser XFEL generovat nejsilnější rentgenové záblesky v historii.
 
Pro mnoho procesů vedoucích k novým poznatkům hrají rozhodující roli simulace na vysoce výkonných počítačích. Jeden z počítačů, které umožňují posouvat hranice známého, je JUQUEEN ve výzkumném centru Jülich. Je to největší evropský superpočítač, jehož maximální výpočetní výkon činí 5,9 petaflops – což znamená téměř šest biliard operací za sekundu. Využívá se například při práci na výzkumném projektu Evropské unie Human Brain Project, jehož ambiciózním cílem je shrnout veškeré znalosti o lidském mozku a reprodukovat je pomocí počítačových simulací. Státní výzkumné centrum Jülich je dalším špičkovým pracovištěm německého základního výzkumu a zároveň jedním z největších evropských výzkumných center. Na 5.800 vědců zde bádá na poli fyziky a informatiky a také zde probíhá interdisciplinární výzkum v oblastech „zdraví“, „informace a mozek“ nebo „energie a životní prostředí“.
 

Mezinárodní perspektiva

Německo se účastní různých velkých mezinárodních výzkumných projektů v oblasti Big Science. Například na rozpočtu Evropské organizace pro jaderný výzkum (CERN) ve švýcarské Ženevě se podílí nejvyšším příspěvkem – dvaceti procenty. CERN provozuje největší urychlovač částic s délkou okruhu 27 km a do experimentů na zařízeních CERNu se zapojuje více než tisíc vědců z Německa.
 
Německo se také významně podílí na obou velkých výzkumných zařízeních sídlících v Grenoblu, Istitutu Laune-Langevin (ILL), který provozuje reaktor s vysokým tokem neutronů, a  European Synchotron Radiation Facility (ESRF).  ILL je celosvětově považován za špičkové centrum výzkumu neutronů a ESFR je největší zdroj synchotronového záření na světě.
 
Na činnosti Evropské jižní observatoře (ESO), nejdůležitější evropské organizace, která se zabývá astronomickým výzkumem, Německo spolupracuje s dalšími 15 zeměmi. Teleskopy ESO se nacházejí na třech místech v poušti Atacama v Chile. Jejich pomocí se zkoumají objekty ve vzdálených oblastech vesmíru.
 
Kromě toho je Německo nejdůležitějším evropským partnerem Mezinárodní vesmírné stanice (ISS). Německo coby největší plátce financuje cca 40 procent programu ESA na provoz ISS a přispívá tak zásadním způsobem k vědeckému využití vesmírné stanice. Německé zapojení koordinuje DLR. Jakožto člen ESA se Německo také podílí na programu ExoMars. První mise této evropsko-ruské spolupráce odstartovala v březnu 2016 a vyslala na cestu k Marsu výzkumný satelit a přistávací modul. V roce 2018 bude na Mars dopraven mobilní rover. Cílem je mimo jiné prozkoumat povrch Marsu, zda se na něm vyskytují známky života.

 

Výhled

Koncem roku 2016 má být v Jordánsku zahájen provoz multilaterálního výzkumného centra Synchrotron-Light for Experimental Science and Applications in the Middle-East (SESAME). Pomocí synchotronového zdroje záření třetí generace zde bude možné zkoumat detaily stavby atomů a neviditelné struktury. Základní prvek – okruh pro skladování elektronů –  pro vybudování tohoto zařízení iniciovaného UNESCEM poskytlo Německo bezplatně v roce 2007.
 
Od roku 2009 se v Hamburku buduje evropský rentgenový laser na volných elektronech XFEL, který by měl být uveden do provozu v roce 2017. Díky ultrakrátkým laserovým zábleskům v oblasti rentgenového záření přinese vědcům světově unikátní možnosti výzkumu. Rentgenové záblesky umožňují zkoumat mimo jiné detaily virů a buněk na úrovni jednotlivých atomů nebo pořizovat trojrozměrné snímky z nanokosmu. Německo má na tomto mezinárodním projektu největší podíl a řídí stavbu a provoz zařízení.
 
V Darmstadtu právě vzniká mezinárodní urychlovačový komplex FAIR, který by měl být uveden do provozu v roce 2022. Jedná se o jeden z největších projektů základního výzkumu v oblasti fyziky na světě. Je do něj zapojeno deset zemí. Vysoce intenzivní antiprotonové a iontové záření vědcům umožní důkladněji prozkoumat strukturu hmoty a vznik vesmíru. V komplexu vzniknou kapacity pro cca tři tisíce badatelů z nejrůznějších zemí.