Захоплюючі великомасштабні дослідження

Німецький електронний синхротрон (DESY) у Гамбурзі належить до найперших світових адрес у сфері прискорення частинок.
Німецький електронний синхротрон (DESY) у Гамбурзі належить до найперших світових адрес у сфері прискорення частинок. Daniel Bockwoldt/dpa
Німеччина пропонує науковцям прекрасну інфраструктуру для великомасштабних досліджень з використанням спеціальної апаратури – від високопродуктивних комп'ютерів до прискорювачів елементарних частинок. Крім того, дослідницька галузь Німеччини активно задіяна у багатьох крупних міжнародних проектах з наукових досліджень.

Великомасштабні дослідження з використанням спеціальної апаратури відіграють важливу роль у німецькому науковому ландшафті. Це стосується як фундаментальних досліджень, так і конвертації знань в інновації. Надскладне обладнання, таке, наприклад, як високопродуктивні комп'ютери або прискорювачі частинок, необхідне і для вивчення найдрібніших структур матерії, і для вирішення глобальних питань клімату, довкілля або альтернативних джерел енергії. У Німеччині установи з проведення великомасштабних досліджень об’єднані у Співтоваристві дослідницьких центрів імені Гельмгольца (Helmholtz-Gemeinschaft), державній науковій організації, найбільшій у країні.

Відкритість для іноземних вчених

Центри Співтовариства імені Гельмгольца тісно співпрацюють з вищими навчальними закладами та позауніверситетськими науково-дослідними установами, такими, як інститути Товариства імені Макса Планка (Max-Planck-Gesellschaft), Товариства імені Фраунгофера (Fraunhofer-Gesellschaft), Співтовариства імені Лейбніца (Leibniz-Gemeinschaft), а також із суб'єктами економічної діяльності. Чудовим прикладом такої співпраці є експериментальна установка «Wendelstein 7-X» для проведення досліджень щодо технологій ядерного синтезу, яка знаходиться у віданні асоційованого зі Співтовариством імені Гельмгольца Інституту фізики плазми Товариства імені Макса Планка. Докторанти і науковці – також із-за кордону – можуть подавати заявки на участь в експериментах на – подекуди унікальних для всього світу – установках центрів Співтовариства імені Гельмгольца. Крупна апаратура, таким чином, слугує не лише фундаментальним і прикладним дослідженням, але й науковому обміну. Щороку до центрів Співтовариства імені Гельмгольца прибувають більше семи тисяч гостьових вчених з різних країн.

Установи Співтовариства імені Гельмгольца такі ж різноманітні, як і дослідницька робота в шести сферах їхніх наукових досліджень. До сектору «Земля і довкілля» належить німецький науково-дослідний флот, в тому числі найсучасніше дослідницьке судно світу «Sonne» («Сонце»). Тематика дослідників на борту плавучої лабораторії концентрується, насамперед, навколо змін клімату та охорони екосистем у морях. На вимірювальних станціях і в лабораторних закладах, таких як полярна станція «Neumayer Station III» в Антарктиці та модульна землезнавча інфраструктура «Modular Earth Science Infrastructure (MESI)» у Центрі геофізичних досліджень (GFZ) в Потсдамі, насамперед вивчається комплексність системи «Земля». Дослідники хочуть краще розуміти кліматичні й геологічні зміни та розробляють концепції захисту від землетрусів і цунамі.

Космос і мікрокосмос

У великому дослідницькому секторі «Авіація, космонавтика і транспорт» провідною установою є Німецький аерокосмічний центр (DLR) у Кьольні, який має на своєму утриманні 33 інститути. DLR має значну частку в космічній місії «Розетта» Європейського космічного агентства (ESA). Він був відповідальним за виготовлення посадкового модуля «Philae» і за Контрольний центр, який у 2014 році відстежував першу в історії посадку на одну з комет. До численних інфраструктур DLR належать також аеродинамічна труба для випробування моделей літальних апаратів за приблизно реальних умов та дослідницькі літаки, такі, наприклад, як HALO (High Altitude and Long Range Research Aircraft), призначений для атмосферних досліджень.

Розмаїття мікрокосмосу вивчають у свою чергу науковці авторитетного дослідницького центру «Німецький електронний синхротрон (DESY)» у Гамбурзі, який належить до найперших світових адрес у сфері прискорення частинок. За допомогою великогабаритної апаратури DESY вивчається взаємодія найдрібніших елементарних частинок або поведінка нових наноматеріалів. Крупний прискорювач «PETRA III» на території кампусу DESY вважається найпотужнішим кільцево-накопичувальним джерелом концентрованого пучка рентгенівського випромінювання у світі. Починаючи з 2017 року Європейський рентгенівський лазер на вільних електронах (XFEL) генеруватиме найінтенсивніші рентгенівські спалахи усіх часів.

Моделювання за допомогою високопродуктивних суперкомп'ютерів має для багатьох пізнавальних процесів вирішальне значення. Одним з комп'ютерів, який дозволяє прорив у граничні сфери, є ЕОМ «JUQUEEN» в Юліхському дослідницькому центрі. Цей перший суперкомп'ютер Європи має максимальну обчислювальну потужність на рівні 5,9 петафлопс – що відповідає майже 6 квадрильйонам обчислень в секунду. Він використовується, наприклад, для роботи над проектом «Людський мозок». Цей амбітний досліднцький проект Європейського Союзу прагне узагальнити всі знання про людський мозок і відтворити його роботу на основі комп'ютерного моделювання. Місце здійснення проекту, а саме державний науково-дослідний центр у місті Юліх, є ще одним топовим осередком фундаментальних досліджень у Німеччині і одним з найбільших науково-дослідних центрів Європи. Його майже 5800 співробітників проводять дослідження з фізики й інформатики, та, крім того, виконують міждисциплінарні роботи за тематиками «Здоров'я», «Інформація та головний мозок» й «Енергія і довкілля».

Міжнародні перспективи

На міжнародному рівні Німеччина бере участь у різних великомасштабних науково-дослідних проектах. Наприклад, німецька частка в приблизно 20 відсотків є найбільшим внеском у бюджет Європейської організації з ядерних досліджень (CERN) у Женеві, Швейцарія. CERN запустила найбільший прискорювач елементарних частинок довжиною в 27 кілометрів. В експериментах CERN беруть участь понад 1000 дослідників з Німеччини.

Поза тим Німеччина суттєвим чином задіяна в обох великих науково-дослідних установах, розташованих у Ґреноблі: Інституті Лауе-Ланжевена (ILL) з його реактором з високою щільністю потоку нейтронів і Європейському дослідницькому комплексі синхротронного випромінювання (ESRF). ILL вважається передовим світовим центром нейтронних досліджень. ESFR має найпотужнішу у світі установку з рентгенівського випромінювання.

Також Німеччина разом з 15 іншими країнами долучена до роботи Європейської південної обсерваторії (ESO), провідної європейської організації з астрономічних досліджень. Телескопи ESO розміщені в трьох локаціях у пустелі Атакама в Чилі. Звідси вивчаються об'єкти у найвіддаленіших частинах Всесвіту.

Крім того, Німеччина є найважливішим європейським партнером Міжнародної космічної станції (МКС). Як платник найбільшого внеску Німеччина фінансує близько 40 відсотків програми Європейського космічного агентства (ESA) з експлуатації МКС, роблячи тим самим значний внесок у наукове використання станції. DLR координує німецькі внески. Як член ESA Німеччина бере також участь у програмі «ExoMars». Перша місія цього європейсько-російського співробітництва стартувала у березні 2016 року шляхом відправлення дослідницького супутника і модуля посадкового демонстратора у напрямку Марса. Потім, у 2018 році, на Марс буде спущений планетохід «Rover». Зокрема, планується дослідити поверхню Марса на наявність слідів життя.

Погляд у майбутнє

Наприкінці 2016 року в Йорданії розпочне свою роботу Міжнародний центр синхротронних досліджень для країн Близького Сходу (Synchrotron- Light for Experimental Science and Applications in the Middle- East /SESAME/). За допомогою джерела синхротронного випромінювання третього покоління він зможе розшифровувати атомарні деталі і виявляти невидимі дотепер структури. Першим каменем у фундамент цієї ініційованої ЮНЕСКО установки стало безкоштовно надане Німеччиною у 2007 році накопичувальне кільце прискорювача електронів.

З 2009 року в Гамбурзі будується Європейський рентгенівський лазер на вільних електронах (XFEL), який має бути введений в експлуатацію у 2017 році. Своїми ультракороткими лазерними спалахами в рентгенівському діапазоні він надасть науковцям унікальні в масштабах усього світу можливості для проведення досліджень. За допомогою рентгенівських спалахів зможуть, зокрема, бути розшифровані атомарні деталі вірусів і клітин, а також отримані тривимірні зображення із нанокосмосу. Німеччина має найбільшу частку у цьому міжнародному проекті і є адміністратором будівництва й експлуатації установки.

Наразі у Дармштадті споруджується Міжнародний прискорювальний центр FAIR, який має бути введений в експлуатацію у 2022 році. Це один з найбільших у світі проектів з фундаментальних досліджень у галузі фізики, учасниками якого є десять країн. За допомогою високоінтенсивного антипротонного й іонного випромінювання будуть точніше вивчатися будова матерії і виникнення Всесвіту, для чого будуть створені потужності для роботи приблизно 3000 дослідників з різних країн.