Захватывающий мир большой науки

Немецкий электронный синхотрон (DESY) в Гамбурге - один из самых больших в мире ускорителей частиц
Немецкий электронный синхотрон (DESY) в Гамбурге - один из самых больших в мире ускорителей частиц Daniel Bockwoldt/dpa
В Германии создана прекрасная инфраструктура для проведения исследований на больших приборах – от высокоскоростного компьютера до ускорителя частиц. Ученые из Германии также активно включаются в интернациональные проекты крупномасштабных научных исследований.

Исследования, проводимые с помощью больших приборов, играют важную роль в германской науке. Это касается как фундаментальных исследований, так и внедрения и инноваций. Сложные дорогостоящие установки вроде ЭВМ с высокими параметрами или ускорителя частиц необходимы не только для изучения устройства материи, но и для решения глобальных вопросов климата, окружающей среды или альтернативных источников энергии. В Германии все научно-исследовательские институты, где проводятся крупномасштабные научные исследования, входят в государственное Объединение им. Гельмгольца, крупнейшую научную организацию в Германии.

Открытые для иностранных специалистов

Центры Объединения им. Гельмгольца тесно сотрудничают с вузами и внеуниверситетскими научно-исследовательскими учреждениями – институтами Общества им. Макса Планка, Общества им. Фраунгофера и Объединения им. Лейбница (Max-Planck-Gesellschaft, Fraunhofer-Gesellschaft, Leibniz-Gemeinschaft), а также представителями бизнеса. Яркий пример подобного сотрудничества – экспериментальная установка Wendelstein 7-X по изучению технологии ядерного синтеза, на которой работают ученые из Института плазменной физики Общества им. Макса Планка, ассоциированного с Объединением им. Гельмгольца. Докторанты и авторитетные ученые (в том числе из-за рубежа) могут подать заявку и в итоге занять место физика-экспериментатора на одной из уникальных установок сети центров им. Гельмгольца. Крупные приборы используются не только для проведения фундаментальных и прикладных исследований, но и служат научному обмену. Поработать в центрах им. Гельмгольца приезжают более 7.000 зарубежных ученых в год.

Центры, входящие в Объединение им. Гельмгольца, занимаются научно-исследовательской работой в шести различных научных областях. Например, научно-исследовательский флот Германии, включая самый современный корабль «Sonne», относится к области «Земля и окружающая среда». Темы научных исследований команды ученых на борту плавучих лабораторий связаны, прежде всего, с изменением климата и защитой экосистем морей. На измерительных станциях, в лабораториях – например, на полярной станции Neumayer Station III в Антарктиде и в Earth Science Infrastructure (MESI) Германского центра геоисследований (GFZ) в Потсдаме – проводятся комплексные исследования системы планеты Земля. Ученые хотят лучше понять климатические и геологические изменения, разрабатывают концепции того, как защитить человека от землетрясений и цунами.

Космос и микрокосмос

В другой научно-исследовательской сфере, куда входят авиация, космонавтика и транспорт, руководящая роль принадлежит Германскому центру авиации и космонавтики (DLR) в Кёльне, которому подчиняются 33 института. DLR принимает большое участие в проведении миссии «Rosetta» Европейской космической организации (ESA). В этом центре был построен зонд «Philae», а также создан центр управления полетом, где специалисты следили за приземлением зонда на комету. В инфраструктуру DLR также входят аэродинамическая труба для тестирования моделей самолетов в условиях, приближенных к реальности, и научно-исследовательские самолеты, например аппарат HALO, который проводит исследования атмосферы.

А изучением устройства микромира занимаются ученые из Немецкого электронного синхотрона DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron) в Гамбурге, который входит в число крупнейших в мире ускорителей частиц. На установках DESY изучается взаимодействие мельчайших элементарных частиц и поведение новых наноматериалов. Большой ускоритель PETRA III в кампусе DESY считается самым мощным в мире источником рентгеновского излучения. В 2017 г. запускается европейский рентгеновский лазер XFEL, который будет испускать самые интенсивные рентгеновские лучи.

Симуляции, проводимые с помощью мощных компьютеров, сокращают ученым время на вычисления. Один из таких суперкомпьютеров, позволяющий заглянуть в процессы микромира, – установка JUQUEEN в Научно-исследовательском центре г. Юлиха. Максимальная мощность первого суперкомпьютера в Европе составляет 5,9 петафлопсов, что соответствует почти 6 квадрильонам вычислительных операций в секунду. Он используется, к примеру, в работах по проекту Human Brain Project. Цель этого амбициозного исследовательского проекта Европейского Союза – свести воедино все существующие знания о человеческом мозге и научиться имитировать его работу с помощью компьютерных симуляций. Государственный научно-исследовательский институт в г. Юлихе – еще один важный центр германских фундаментальных исследований и к тому же один из крупнейших в Европе. В нем работают около 5.800 сотрудников, которые занимаются самыми разными темами от физики до информатики, а также проводят междисциплинарные исследования в области здоровья, исследований мозга, энергетики и экологии.

Международные перспективы

Германия участвует в целом ряде масштабных исследовательских проектов, которые проводятся ее международными партнерами. Так, бюджет Европейской организации исследований в области ядерной физики (CERN) в Женеве (Швейцария) примерно на 20% финансируется Германией (это самая большая доля среди стран-участниц проекта). В CERN находится ускоритель частиц длиной 27 километров. В экспериментах, проводимых в CERN, участвуют более 1.000 исследователей из Германии.

Кроме того, Германия участвует еще в двух крупных исследовательских проектах со штаб-квартирами в Гренобле. Первый осуществляется на ядерном реакторе в институте ILL (Institut Laune-Langevin), второй – проект, связанный с синхотроном European Synchotron Radiation Facility (ESRF). ILL считается ведущим центром нейтронных исследований, а ESFR является мощнейшей в мире рентгеновской установкой.

Ученые из Германии и еще 15 стран работают в Европейской обсерватории ESO, ведущей европейской организации астрономических исследований. Телескопы ESO установлены в трех местах в пустыне Атакама (Чили). Отсюда исследователи наблюдают за далекими объектами во вселенной.

Кроме того, Германия является важнейшим европейским партнером Международной космической станции (МКС). Будучи крупнейшим плательщиком взносов в Eвропейском космическом агентстве ESA (около 40% бюджета), Германия активно участвует во всех научных программах, проводимых на МКС. За координацию отвечает центр DLR в Кёльне. В качестве члена ESA Германия участвует в программе ExoMars. Первая миссия совместной европейско-российской программы стартовала в марте 2016 г. Исследовательский спутник отправился к Марсу. В 2018 г. на красную планету будет спущен вездеход, который займется, в частности, поиском следов жизни на поверхности Марса.

Хорошие перспективы

В конце 2016 г. в Иордании откроется многосторонний научно-исследовательский центр «Synchrotron- Light for Experimental Science and Applications in the Middle- East» (SESAME). С помощью синхротрона третьего поколения ученые планируют изучать строение атома и надеются обнаружить неизвестные до сих пор структуры. В основу синхотрона был положен «накопитель» из ускорителя частиц, бесплатно предоставленный Германией в 2007 году.

С 2009 г. ведется работа над строительством Евпропейского рентгеновского лазера на свободных электронах в Гамбурге (Europäische Freie-Elektronen-Laser XFEL), который будет принят в эксплуатацию в 2017 г. С помощью ультракоротких лазерных импульсов в рентгеновском спектре ученые со всего мира рассчитывают узнать много нового о строении вирусов и клеток, а также получить трехмерные снимки наномира. Германия – крупнейший спонсор этого международного проекта, страна отвечает за строительство и эксплуатацию устройства.

Сейчас в международном исследовательском центре FAIR в г. Дармштадте идет строительство ускорителя частиц международного центра. Окончание работ запланировано на 2022 г. Речь идет об одном из самых масштабных проектов фундаментальных исследований в области физики, в котором участвуют десять стран. Высокоинтенсивные пучки антипротонов и ионов позволят ученым получить более точные знания о строении материи и возникновении вселенной. В центре будут работать около 3.000 исследователей из самых разных стран.