[論文レビュー] Cost-Benefit Analysis of the Large Hadron Collider to 2025 and beyond

Massimo Florio, Stefano Forte+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 20, 2015

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ひとこと要約

本論文は、大型ハドロン衝突型加速器（LHC）のような大規模研究基盤施設向けに、測定可能な利用者利益（科学的成果、人的資本、技術移転、文化的影響）と、発見のための支払い意思図（WTP）による非利用価値を定量的に評価する、革新的なコスト・ベネフィット分析（CBA）フレームワークを提案する。LHCの利益が費用を上回る確率は92％であり、2025年までの期待正規化現在価値（NPV）は30億ユーロに達するが、新物理の発見に起因する予測不可能な経済的利益は含まない。

ABSTRACT

Social cost-benefit analysis (CBA) of projects has been successfully applied in different fields such as transport, energy, health, education, and environment, including climate change. It is often argued that it is impossible to extend the CBA approach to the evaluation of the social impact of research infrastructures, because the final benefit to society of scientific discovery is generally unpredictable. Here, we propose a quantitative approach to this problem, we use it to design an empirically testable CBA model, and we apply it to the the Large Hadron Collider (LHC), the highest-energy accelerator in the world, currently operating at CERN. We show that the evaluation of benefits can be made quantitative by determining their value to users (scientists, early-stage researchers, firms, visitors) and non-users (the general public). Four classes of contributions to users are identified: knowledge output, human capital development, technological spillovers, and cultural effects. Benefits for non-users can be estimated, in analogy to public goods with no practical use (such as environment preservation), using willingness to pay. We determine the probability distribution of cost and benefits for the LHC since 1993 until planned decommissioning in 2025, and we find there is a 92% probability that benefits exceed its costs, with an expected net present value of about 3 billion euro, not including the unpredictable economic value of discovery of any new physics. We argue that the evaluation approach proposed here can be replicated for any large-scale research infrastructure, thus helping the decision-making on competing projects, with a socio-economic appraisal complementary to other evaluation criteria.

研究の動機と目的

• 大規模研究基盤施設（RIs）向けに再現可能で経験的検証可能なコスト・ベネフィット分析（CBA）モデルの開発を目的とし、予測不可能な科学的利点という課題を克服すること。
• LHCの社会的利点を、科学的成果、人的資本の育成、技術的外部効果、文化的影響の4つの利用者カテゴリーに分けて定量的に評価すること。
• 支払い意思図（WTP）アンケートを用いて、科学的発見の非利用価値を推定し、存在価値を確率変数として扱うこと。
• LHCへの適用を通じたモデルの妥当性を検証し、割引現在価値法と確率論的手法を用いて1993年から2025年までの費用と利益を予測すること。
• 科学的・技術的評価基準に加えて、競合するRIsの意思決定支援のための社会経済的アセスメントツールを提供すること。

提案手法

• NPVを2つの構成要素に分解：使用による利益の純額（NPV_u）と非利用価値（B_n）。B_nには存在価値（EXV₀）と準オプション価値（QOV₀）を含み、不確実性が避けられないためQOV₀は0に設定。
• すべての時間的変動する費用と利益に割引現在価値法（DCF）を適用し、社会割引率3％を用いて将来の価値を2013年ユーロに換算。
• 各費用および利益項目（例：資本費、人的費、運用費、論文、技術移転）を確率密度関数（PDF）を持つ確率変数としてモデル化し、不確実性の評価に三角分布を用いる。
• 直接評価による利用者利益の推定：科学的成果（論文）、人的資本（教育訓練）、技術的外部効果（産業部門の利益）、文化的影響（訪問者、メディア、啓発活動）。
• LHC関連のメディア、ウェブサイト、ソーシャルメディアに費やされた時間の価値を、GDPに基づく時間単価で評価し、時間の長さと影響範囲に基づく確率的評価を実施。
• 存在価値（EXV₀）の推定には、欧州諸国で実施された1,027名のWTPアンケートを用い、CERN加盟国および非加盟国の適格人口に一人当たりのWTPを適用。不確実性の評価に切り捨てられた三角分布を用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 予測不可能な科学的発見を伴う大規模研究基盤施設に対して、定量的コスト・ベネフィット分析を意味的に適用可能か？
• RQ2 1993年から2025年までの大型ハドロン衝突型加速器（LHC）の期待正規化現在価値（NPV）は、測定可能な利用者利益と非利用価値を含めてどの程度か？
• RQ3 科学的発見の非利用価値、特に基本的発見が可能であるという事実そのものの存在価値をどのように定量化できるか？
• RQ4 LHCの総利益がその総費用を上回る確率はどの程度か？
• RQ5 提案されたCBAフレームワークは、他の研究基盤施設に対しても一般化・再現可能か？

主な発見

• LHCは、1993年から2025年までのライフサイクルにおいて、利益が費用を上回る確率が92％である。
• LHCの期待正規化現在価値（NPV）はおよそ30億ユーロであり、新物理の発見に起因する予測不可能な経済的利益は含まない。
• WTPアンケートから導かれた存在価値（EXV₀）は、NPVの総額に顕著な寄与を示しており、CERN加盟国および非加盟国の高等教育を修了した73％の回答者に、一人当たり年間2ユーロのWTPが認められた。
• LHCの総費用（資本費、人的費、運用費を含む）は105億ユーロ（2013年ユーロ換算）と推定され、寄付による実物資産の価値は12億ユーロであった。
• メディアおよび一般啓発活動は、文化的・情報的利点を大幅に生み出し、累計で50億回のメディア露出と10億回のウェブサイト訪問が見込まれ、時間ベースのWTPで評価された。
• ボランティアコンピューティング貢献（例：SIXTRACKおよびTEST4THEORY）は、時間貢献による測定可能な価値を追加し、設置およびフォーラム参加に年間1人当たり15ユーロの価値が付与された。