Каждый год Европейская организация по ядерным исследованиям получает внушительную сумму — в 2024 году общий бюджет составил 1,46 миллиарда
По обменному курсу за 2024 год один швейцарский франк примерно равен одному евро.
. В прошлом блоге я подробно рассказала, кто финансирует ЦЕРН, — теперь разберемся, на что уходят эти деньги.
Это блог члена коллаборации ATLAS на Большом адронном коллайдере и сотрудника научно-исследовательского вычислительного центра МГУ Марии Григорьевой, в котором она рассказывает про меганаучные проекты. Помимо финансирования ЦЕРН, мы также рассматривали крупнейшие научные проекты современности и оценивали, во сколько обошлось их создание.
Содержание
Ускорители и эксперименты: 506,3 миллиона франков
В 2024 году значительная часть бюджета ЦЕРН пошла на поддержку работы Большого адронного коллайдера (БАК) и его «младших братьев» — протонного суперсинхротрона (SPS) и протонного синхротрона (Proton Synchrotron, или PS). На это было выделено примерно 309 миллионов швейцарских франков.
ЦЕРН потратил эти средства на эксплуатацию пучков протонов и тяжелых ионов, обслуживание сверхпроводящих магнитов и криогенных систем, защиту установки от потери сверхпроводимости и систему отвода пучка. Также финансировался профилактический ремонт и тестовые эксперименты, которые повышают надежность коллайдера и готовят его к будущим апгрейдам.
Еще почти 200 миллионов франков выделили на поддержку крупнейших экспериментов по физике элементарных частиц (ATLAS, CMS, LHCb и ALICE), а также на теоретические исследования.
Инфраструктура: 592,5 миллиона франков
Как мы отмечали в прошлый раз, ЦЕРН — это не только коллайдеры, но и обширная инфраструктура, которая их обслуживает. И в 2024 году на ее поддержание было потрачено 42 процента бюджета.
В эту сумму вошли расходы на
Создание энергоэффективных систем охлаждения, использование сверхпроводящих линий для снижения потерь энергии, поддержка водородной экономики, разработка сенсоров для мониторинга загрязнений, алгоритмов для климатических моделей и симуляций глобальных процессов, а также применение инженерных решений для сокращения экологического следа науки.
и
К ним относится, например, проект Radiation to Electronics (R2E), обеспечивающий устойчивость электроники ускорителей и инфраструктуры к воздействию радиации.
программы,
Радиоактивные отходы в ЦЕРН образуются в основном как активированные материалы низкого и среднего уровня радиоактивности. С 2011 года накоплено около 8 тысяч кубометров отходов и утилизировано 11 тысяч кубометров.
, системы пожарной безопасности и защиты персонала. На все это Европейская организация по ядерным исследованиям потратила 55 миллионов швейцарских франков.
Еще 88 миллионов франков ЦЕРН направил на обновление и постройку зданий и лабораторий.
Новый дата-центр в Превессене (Франция)
CERN Document Server
Техническую инфраструктуру тоже обновляют: например, на модернизацию подземных галерей в прошлом году ушло 69 миллионов швейцарских франков.
На инфраструктурные проекты, связанные с международными отношениями, в 2024 году ЦЕРН потратил 36 миллионов франков. Для сравнения: годом ранее сумма была вдвое больше из-за открытия Science Gateway — музея и центра для посетителей. Теперь ЦЕРН может принимать в год до полумиллиона человек.
Административные расходы за прошлый год составили 67 миллионов швейцарских франков. К ним относятся затраты на управление организацией: работа Совета и дирекции, финансовые и юридические службы, HR и социальные программы, корпоративные ИТ-системы и общая административная поддержка подразделений. На общеорганизационные расходы — уплату налогов, оплату счетов за коммунальные услуги, ресурсы и страхование — в 2024 году организация потратила 231 миллион франков.
Хранилища данных и вычисления
Бесперебойную работу ЦЕРН обеспечивает мощная IT-инфраструктура — эта статья расходов входит в инфраструктуру. В 2024 году на нее выделили 29,3 миллиона франков. Лаборатории регулярно обновляют сети и систему кибербезопасности, укрепляют файерволы и консолидируют вычислительные мощности.
Параллельно ЦЕРН развивает новые IT-проекты: от перехода на современные сервисы Microsoft и обновления системы NXCALS, которая хранит все параметры работы ускорителей, до CERN openlab, где работают над технологиями в области вычислений и программного обеспечения. В планах есть и квантовые вычисления, которые могут полностью изменить подход к анализу данных. Даже системы связи для пожарных и технического персонала, такие как
Цифровая радиосвязь, которую ЦЕРН использует для координации работы пожарной службы, службы безопасности и технического персонала.
, входят в цифровую экосистему. В 2024 году на поддержание и развитие IT-инфраструктуры ЦЕРН потратил 7,3 миллиона швейцарских франков.
Отдельная статья расходов — распределенная вычислительная инфраструктура, Всемирная сеть вычислительных ресурсов БАК (Worldwide LHC Computing Grid, или WLCG). Она включает сетевые ресурсы, облачные технологии, хранилища данных, программное обеспечение и обеспечивает обработку и анализ данных.
Без WLCG невозможно представить эксперименты на БАК: сотни петабайт данных, получаемых с коллайдера, требуют особых технических и программных решений. В последние годы объем хранилищ ЦЕРН превысил один эксабайт.
В рамках WLCG объединены примерно 1,4 миллиона процессорных ядер и 1,5 эксабайта хранилища данных из более чем 170 вычислительных центров в 42 странах. Эта система обеспечивает тысячам физиков по всему миру почти мгновенный доступ к данным БАК. Ежедневно на WLCG выполняют более двух миллионов вычислительных задач. На эксплуатацию и модернизацию распределенной вычислительной системы ЦЕРН в 2024 году потратили 22 миллиона франков.
Карта Worldwide LHC Computing Grid
WLCG Monitoring
Потребление энергии
Коллайдеры и детекторы — настоящие энергетические монстры. Ежегодно ЦЕРН потребляет 1,3 терраватт-часа электроэнергии — столько же за год тратят города-миллионники. При этом энергозатраты меняются в течение года. С мая до середины декабря, когда работает БАК и протоны разгоняются почти до скорости света, потребление достигает 200 мегаватт — это примерно треть энергии, используемой городом Женева. Зимой потребление падает почти вдвое — до 80 мегаватт.
Почему зимой БАК потребляет меньше энергии? ↓
В Швейцарии и Франции зимой сильно возрастает спрос на электроэнергию (отопление, освещение, промышленность). Если бы в это время работал БАК, нагрузка на энергосистему была бы слишком большой. Поэтому, чтобы избежать перегрузки энергосетей, в зимний период коллайдер не запускают. В это время сотрудники выполняют плановое обслуживание и модернизацию коллайдера и детекторов.
В 2024 году на оплату электричества, газа и воды ЦЕРН потратил около 100 миллионов франков. При этом базовые коммунальные траты оказались относительно скромными — около 18 миллионов швейцарских франков. Из них примерно 9,4 миллиона ушло на электричество, 5,4 миллиона — на отопление и еще 3,1 миллиона — на водоснабжение и канализацию.
Однако основная часть бюджета связана все-таки не с «коммуналкой», а с наукой. На работу ускорителей и экспериментальной инфраструктуры пришлось около 82 миллионов франков. В их числе: экспериментальные зоны — 22 миллиона, центры обработки данных, где хранятся и анализируются огромные объемы информации, — 3,9 миллиона, а также сами ускорители — 24,4 миллиона франков.
Среди ускорителей выделяется крупнейший потребитель энергии — Большой адронный коллайдер. На его питание тратят 31,8 миллиона швейцарских франков. Электричество для других ускорителей стоит дешевле: для SPS — 18,9 миллиона, для PS — 4,5 миллиона, а для антипротонного замедлителя AD — около одного миллиона франков.
Потратить 100 миллионов швейцарских франков в год на энергоресурсы — много, но только по бытовым меркам. В контексте мировых мегапроектов это вполне разумная цифра. Для организации масштаба ЦЕРН затраты на энергию составляют всего семь процентов бюджета, что показывает: коллайдеры прожорливы, но основная нагрузка — это зарплаты сотрудников, исследования и поддержка инфраструктуры.
Кстати, чтобы сократить потери энергии, в ЦЕРН применяются сверхпроводящие провода из ниобий-титана. При температуре 1,9 Кельвина (-271,3 градуса по Цельсию) они практически не сопротивляются току и позволяют экономить энергию. Правда, у этого метода есть большой минус: необходимо тратиться на их постоянное охлаждение. Ученые ЦЕРН уже ищут способы сделать этот процесс более эффективным, чтобы кабели могли работать без потерь.
Исследовательские проекты: 358,1 миллиона франков
Существенные суммы ЦЕРН тратит на крупные проекты и научные исследования.
Большая часть суммы — в 2024 году это 160 миллионов швейцарских франков — уходит на модернизацию БАК для проекта Большой адронный коллайдер высокой светимости (High Luminosity Large Hadron Collider, или HL-LHC). К ускорителю добавляют новые сверхпроводящие магниты, криогенику и инфраструктуру — это увеличит интенсивность столкновений и, значит, шансы на новые открытия.
Эксперименты ATLAS и CMS должны быть готовы к следующему этапу работы, поэтому 73 миллиона швейцарских франков ушло на апгрейд детекторов частиц. Кроме того, ЦЕРН активно работает над будущими ускорителями. Например, на развитие концепции Будущего кольцевого Ускорителя (Future Circular Collider) в 2024 году потратили 38 миллионов франков.
Еще 42 миллиона швейцарских франков выделили на исследования в области новых технологий ускорителей. В эту сумму входит, во-первых, разработка сверхпроводящих ускорительных магнитов с высоким магнитным полем. Сейчас ЦЕРН осваивает новые материалы, такие как ниобий-олово Nb₃Sn. Это сплав, который потенциально может стать альтернативой ниобию для сверхпроводящих резонаторов. Он может работать при более высоких температурах и полях. Это повышает эффективность ускорителей, уменьшает затраты на охлаждение и эксплуатацию. Кроме того, ЦЕРН исследует высокотемпературные сверхпроводники. Они нужны для магнитов будущих коллайдеров, чтобы удерживать и направлять пучки частиц с еще более высокими энергиями. На это ЦЕРН потратил 21 миллион швейцарских франков.
Во-вторых, часть средств — семь миллионов швейцарских франков — ушла на эксперимент по плазменному ускорению AWAKE (Proton-driven plasma wakefield acceleration): протоны из протонного суперсинхротрона (Super Proton Synchrotron, или SPS) создают плазменную волну и ускоряют электроны на очень коротких расстояниях. В 2018 году в рамках этого эксперимента физики установили новый рекорд скорости электронов.
Новый источник плазмы для AWAKE в Супер-протон-синхротроне (SPS)
CERN Document Server
В-третьих, ЦЕРН выделяет средства на линейный ускоритель CLEAR (CERN Linear Electron Accelerator for Research). Установка длиной 20 метров создает сгустки электронов с помощью фотокатода, покрытого цезий-теллуридом Cs₂Te, и разгоняет их до энергии около 220 мегаэлектронвольт. На этой площадке можно ставить быстрые эксперименты с электронными пучками: от тестирования новых ускорительных технологий до прикладных исследований, например, в медицине или материаловедении. В 2024 году ЦЕРН вложил в разработку этого ускорителя 1,7 миллиона швейцарских франков.
Также организация поддерживает R&D проекты для будущих детекторов. На них в 2024 году она потратила 11 миллионов швейцарских франков.
Есть в ЦЕРН также и нишевые, но важные проекты. Например, нейтринная платформа ЦЕРН — инициатива по поддержке фундаментальных исследований в физике нейтрино. Эти частицы практически не взаимодействуют с веществом, поэтому их так сложно поймать. Однако именно нейтрино помогли ученым совершить важнейшие открытия. Еще в 1970-х годах с помощью пузырьковой камеры Гаргамелла в ЦЕРН были открыты нейтральные токи слабого взаимодействия — одна из базовых составляющих Стандартной модели. Позднее, в 2006–2012 годах, ЦЕРН создал нейтринный пучок, который достиг лаборатории Gran Sasso в Италии, преодолев расстояние более 700 километров. Нейтрино беспрепятственно добрались до детекторов, и ученые получили новые данные об их свойствах.
Еще один заслуживающий внимания проект — это Physics Beyond Colliders (PBC). Он объединяет все существующие ускорители и занимается фундаментальными вопросами, схожими с теми, что исследуют коллайдеры, при этом используя другие подходы к их решению и технические средства. Планируется, что с 2031 года в рамках PBC запустится эксперимент Search for Hidden Particles (SHiP). Он будет искать частицы, которые почти не взаимодействуют с веществом (есть среди них и кандидаты на темную материю). Для этого под землей строится установка Beam Dump Facility.
Кроме того, в рамках этой инициативы, в ЦЕРН создается Forward Physics Facility — новый подземный зал с детекторами. В будущем здесь будут ловить частицы, рождающиеся в переднем направлении столкновений (то есть находящихся близко к пучку) в БАК.
Другие исследования связаны с ионными пучками. ЦЕРН уже работает с ионами магния, а в будущем планирует работать с ионами кислородом и бором. Это позволит лучше понять физику тяжелых и легких ионов.
Где еще пригодятся исследования ионов? ↓
Например, в двух экспериментах. Во-первых, NA61/SHINE, где сталкивают пучки частиц с неподвижными мишенями и изучают свойства адронов. А, во-вторых, в DICE/NA60+. Он посвящен изучению того, как в ядро—ядро и протон—ядро взаимодействиях возникают дилептоны и тяжелые кварки.
На развитие нейтринной платформы в 2024 ЦЕРН выделил 26,7 миллиона, а на инициативу Physics Beyond Colliders — 4,2 миллиона швейцарских франков.
Структура расходов
Подытожим. Вот как ЦЕРН распределил бюджет в 2024 году:
Бюджет ЦЕРН за 2024 год
N + 1
Треть суммы ушла на работу ускорителей и эксперименты (21,2 процента + 13,5 процента). Это сердце CERN — та часть, ради которой строились коллайдеры и создавались детекторы. На них ЦЕРН в совокупности тратит более 500 миллионов франков.
Примерно столько же (24,6 процента) ЦЕРН потратил на проекты и R&D — то есть на будущее, технологии, которых пока нет, но которые должны обеспечить следующий рывок в науке. Еще четверть бюджета ушла на инфраструктурные расходы и всю ту «невидимую» работу, без которой невозможен ни один эксперимент. И, наконец, около семи процентов бюджета пришлось на электричество, воду, гелий и азот.
Распределение бюджета по видам расходов ↓
В 2024 году основную часть бюджета, а именно 830 миллионов швейцарских франков ЦЕРН отдал на общие затраты. Из этой суммы 50 процентов ушли на расходники (от инструментов до технических деталей), 15 процентов — на промышленные услуги и обслуживание оборудования, 12 процентов — на энергоресурсы (электричество, газ, воду, а также гелий и азот, без которых невозможно охлаждать ускорители). Кроме того, 11 процентов (около 95 миллионов швейцарских франков) ЦЕРН инвестировал в будущее науки: программы для аспирантов, постдоков и молодых исследователей. Остальные 12 процентов направили на организационные расходы, то есть страхование, банковские комиссии, связь, транспорт, обучение, библиотеку, а также на взносы в международные коллаборации.
На зарплаты сотрудников и социальные программы выделили 626 миллионов франков. Среди них базовые оклады и надбавки составляют около 428 миллионов, пенсионный фонд и медицинское страхование — еще 122 миллиона. Особая статья — внутренняя система налогов, на нее уходит 38 миллионов.
Как видно, бюджет ЦЕРН — это не только затраты на работу коллайдера. Это тщательно выстроенная экосистема, где есть место и фундаментальной науке, и развитию новых технологий, и заботе о людях, и даже экологическим инициативам. Каждый франк работает на то, чтобы человечество получало новые знания об устройстве мира — и, возможно, технологии, которые завтра изменят нашу повседневность.