За любым ускорителем или телескопом стоит целый город: лаборатории, километры тоннелей и дорог, а также тысячи людей, которые все это обслуживают. Содержание столь масштабных проектов требует ежегодных миллиардных инвестиций. В этом материале на примере Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН), где находится Большой адронный коллайдер (БАК), разберемся, откуда берутся такие деньги — а в следующей части поговорим, куда они уходят.
Большой адронный коллайдер — это комплекс ускорителей и несколько детекторов частиц, каждый размером с многоэтажный дом. Установка находится глубоко под землей и представляет собой кольцевой тоннель длиной 27 километров. На строительство только БАК потратили около 5 миллиардов евро.
Однако ускорители и детекторы — лишь часть Европейской организации по ядерным исследованиям, которая расположена на границе Франции и Швейцарии. Она занимает внушительную площадь, сравнимую с Гибралтаром, Сан-Марино или тремя Монако.
В инфраструктуре ЦЕРН — более 700 зданий: лаборатории, цеха и центры управления. Территорию пересекают 55 километров дорог, а пятая часть всей площади отведена под зеленые зоны: парки и зоны для отдыха.
Аэрофотоснимок швейцарской части территории ЦЕРНПри этом основная инфраструктура размещена под землей. Здесь находятся 460 объектов, включая 57 глубоких шахт (некоторые уходят на десятки метров вниз). Общая длина всех подземных тоннелей — около 65 километров. В этих коридорах и происходят главные эксперименты.
Год от года рабочий бюджет ЦЕРН варьируется. Например, в 2023 году он составил 1,485 миллиарда, а в 2024 — 1,457 миллиарда швейцарских франков. Но кто ежегодно вкладывает такие деньги в ее поддержку и развитие? Чтобы ответить на этот вопрос, посмотрим на финансовые поступления за прошлый год.
Сотрудник службы безопасности проходит по новым тоннелям HL-LHCВзносы стран
В ЦЕРН входят 25 стран-членов, которые финансируют работу организации, помогают ее развивать и участвуют в управлении. Размер взноса пересматривается каждые пять лет и зависит от валового национального дохода каждой страны. В 2024 году эти государства внесли в бюджет 1,2 миллиарда швейцарских франков. Наибольший вклад принадлежит Германии (21 процент от общего взноса всех стран-членов ЦЕРН), Великобритании (15 процентов), Франции (13 процентов) и Италии (10 процентов). Швейцария, на территории которой расположена штаб-квартира ЦЕРН, инвестирует около 3,7 процента этой суммы.
Отдельная строка финансирования — взносы стран, которые считаются ассоциированными членами. Всего их девять, и инвестируют они существенно меньше: примерно 33,5 миллиона швейцарских франков. Больше всего вкладывается Индия, которая в 2024 году внесла 14 процентов от общей суммы.
Помимо обязательных взносов в бюджет, страны-участники выделяют средства на отдельные проекты. В последние годы все больше денег инвестируется в создание Большого адронного коллайдера высокой светимости (High Luminosity Large Hadron Collider, HL-LHC) — запланированное улучшение БАК. Новая установка позволит быстрее собирать экспериментальные данные (подробнее об этом мы рассказывали в материале «Стойкий оловянный магнит»). В 2024 году проект получил 18,5 миллиона швейцарских франков — при этом всего годом ранее было выделено в два раза меньше.
Еще 11,7 миллиона швейцарских франков ЦЕРН получила от институтов-партнеров, которые выделили эти деньги на программу High-Field Magnets по разработке сверхпроводящих магнитов с рекордно высокой индукцией магнитного поля (более 16 тесла), эксперимент AWAKE, в котором пытаются разогнать электроны на очень коротких дистанциях с помощью протонных пучков и плазмы, а также ускорительный комплекс FAIR для генерации интенсивных пучков антипротонов и ионов при экстремальных энергиях и плотностях.
Некоторые страны отдельно финансируют нейтринную платформу ЦЕРН — исследовательскую и инфраструктурную инициативу для поддержки крупнейших в мире экспериментов по изучению нейтрино. В 2024 году Швейцария вложила 1,1 миллиона швейцарских франков на развитие установки Long-Baseline Neutrino Facility — комплекса для эксперимента DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment), который обеспечивает точную доставку нейтрино для изучения их свойств.
Также ЦЕРН получает взносы от ЕС на различные проекты, включая R&D ускорителей и детекторов; разработку технологий энергоэффективности — от высокоэффективных компонентов и ИИ-систем управления энергопотреблением до внедрения возобновляемых источников энергии; исследования и разработки в области радионуклидов (радиоактивных изотопов) — создание и совершенствование методов их получения, изоляции и применения; а также в области высокопроизводительных вычислений — разработку архитектур, алгоритмов и инфраструктуры для обработки и анализа огромных массивов научных данных. В 2024 году эти взносы достигли 9,1 миллиона швейцарских франков.
Трансфер знаний и коммерческие партнерства
Европейская организация по ядерным исследованиям не только получает финансирование, но и зарабатывает сама — например, через проект по передаче знаний.
Так, на базе ЦЕРН разрабатывают пиксельные детекторы Timepix3, которые используют в медицинской визуализации, космической дозиметрии, анализе материалов и реконструкции траекторий частиц. В будущем планируется разработать два новых чипа: Medipix4 — для спектроскопической рентгеновской визуализации с частотой, совместимой с медицинскими КТ-сканами, и Timepix4, который поможет идентифицировать и отслеживать частицы с высокой пространственной и временной точностью.
В области онкологии ЦЕРН совместно с Университетской больницей Лозанны развивает FLASH-радиотерапию. Вместе они работают над методом доставки мощной дозы радиации в опухоль за доли секунды, минимизируя повреждение здоровых тканей. Этот подход полезен для лечения устойчивых образований. Важную роль играет и установка CERN-MEDICIS (MEDical Isotopes Collected from ISOLDE) — масс-сепаратор и коллектор для производства редких медицинских изотопов, таких как радий-225, применяемых для диагностики и прицельного облучения пораженных клеток. Определенные изотопы можно получить только в ЦЕРН. Готовые молекулы отправляют в партнерские больницы и исследовательские центры для клинических и научных исследований.
Проект UMBRELLA — инициатива ЕС, направленная на развитие новых практик лечения инсульта — использует платформу федеративного обучения CAFEIN, разработанную в ЦЕРН. Она позволяет организациям совместно создавать надежные модели анализа и прогнозирования на разнородных медицинских данных. Еще один проект, STELLA (Smart Technologies to Extend Lives with Linear Accelerators), создает радиотерапевтические установки для стран с низким и средним уровнем дохода.
Работает ЦЕРН и с различными экологическими проектами: подбирает оптимальные марки стали для термоядерных электростанций, разрабатывает передовую модель атмосферы с использованием стохастических подходов и машинного обучения и с помощью ИИ мониторит загрязнения океана пластиком.
Кроме того, отдельным источником доходов считается работа исследовательской лаборатории OpenLab, которая сотрудничает с промышленными и академическими партнерами и разрабатывает технологии в области вычислений и программного обеспечения. Ключевые партнеры OpenLab — Intel, IBM, Oracle, Huawei, Microsoft Azure, Google Cloud и MIT. OpenLab, например, разрабатывает новую архитектуру памяти CXL для ускоренной обработки данных, тестирует ИИ для обнаружения событий-аномалий на БАК в режиме реального времени и создает платформы для моделирования и прогнозирования экологических процессов.
Сейчас OpenLab вступает в восьмую фазу развития и выходит за пределы исследований в области физики высоких энергий. В 2024 году от работы OpenLab ЦЕРН получила 600 тысяч швейцарских франков. Сумма может показаться скромной на фоне годового бюджета, однако проект важен в глобальном контексте развития технологий.
Таким образом, общая сумма денег, которую ЦЕРН зарабатывает на проектах трансфера знаний и коммерческих партнерствах, в 2024 году составила 3,5 миллиона швейцарских франков.