Rengiantis didžiausiam pasaulyje moksliniam eksperimentui
Supermažas ir superdidelis – toje pačioje pažinimo skalėje Kokiame būvyje šiandien yra elementariųjų dalelių fizika?
Jeigu elementariųjų dalelių fizikoje pasiektą mokslinių tyrinėjimų tikslumą pamėgintume perkelti į geografiją, tai tiktų toks palyginimas: būtų galima diskutuoti apie atstumą tarp Los Andželo ir Niujorko 3 cm tikslumu. Geografams tai būtų neįmanomas uždavinys, nes jie net nesusitartų, kur yra vieno ar kito miesto centras, tegul ir metro tikslumu.
Iš Jūsų pateikto pavyzdžio lyg ir galima daryti išvadą, kad bent jau elementariųjų dalelių fizikoje pažinimas artėja prie tam tikros baigtinės ribos. Bet tai neįmanoma, nes pažinimas nėra išsemiamas. Vadinasi, ir analogijos moksle yra šiek tiek pavojingas dalykas. Jos padeda geriau suprasti vieną ar kitą problemą, bet gali ir klaidinti.
Apie žinių kiekio didėjimą labai gerai pasakė dar Antikos filosofai: kuo daugiau žinojimo, tuo labiau plečiasi ir nežinojimo ratas. Kiekvienas naujas pažinimo žingsnis iškelia vis naujas nežinomybės paslaptis. Kai elementariųjų dalelių fizikoje pavyksta gauti naujų duomenų, tuojau tas naujas žinias tenka taikyti visos mūsų Visatos supratimui, galaktikų susiformavimo po Didžiojo Sprogimo ir jų gyvavimo problematikai.
Vargu ar kasdienybėje susimąstoma, kad gilinantis į elementariųjų dalelių ir subatominių darinių fiziką galima suvokti ne tik mikropasaulio, bet ir galaktikų formavimosi bei Visatos dėsningumus ir dėsnius. Normaliai mąstančiam protui tai turėtų kelti ypatingą nuostabą. Siekdami priartėti prie labai mažų dydžių, praktiškai prie nulio, staiga pasijuntame be galo didelių dydžių – galaktikose, Visatoje vykstančių procesų aplinkoje. Supermažas ir superdidelis staiga pasirodo esą toje pačioje suvokimo, žmogiškojo pažinimo skalėje. Ko gero, tik fizikams ir gal teosofams bent kiek suvokiami dalykai.
Nacionalinėje fizikos konferencijoje (vyko birželio 11–13 d.) man teko skaityti parengtą su bendraautoriais pranešimą, kuriame išdėsčiau Vilniaus universiteto mokslininkų CERN’e atliekamų darbų esmę. Pranešime taip pat pažymėjau vieną iš atliekamų eksperimentų ALICE. Pavadinimas sietinas su kadaise labai populiaria matematiko ir rašytojo Liuiso Kerolo (Lewis Carroll) knyga Alisa stebuklų šalyje. Eksperimente siekiama labai sunkius atomų branduolius susmogti taip, kad susidarytų kvarkų ir gliuonų plazma, kuri egzistavo pirmosiomis mikrosekundėmis Visatoje po Didžiojo Sprogimo. Kvarkai – protonus ir neutronus sudarančios dalelės, o stipria traukos jėga pasižymintys gliuonai kvarkus išlaiko kartu. Iškart pradedama diskutuoti, ar ta plazma buvo visiškai chaotiška, o gal joje egzistavo ir tam tikra kristalinė struktūra. Priklausomai nuo plazmos išsisklaidymo vidinės struktūros ir susidarė vienokie ar kitokie Visatos dariniai.
Pažaboti silicį Jūsų nuolankiam klausinėtojui vis dėlto dar sunku suprasti, koks vaidmuo visoje šioje programoje tenka vilniečiams. Juk esate medžiagotyros moksle dirbantys tyrėjai.
Jau sakiau, kad pagal šią programą tyrėme silicio ir įvairių kitų naujų medžiagų savybes. Paskutiniais tyrimų metais išryškėjo, kad silicis netenkina visų jam keliamų reikalavimų, bet galima ir patį silicį pakeisti taip, kad jis taptų, tarkime, atsparus spinduliuotei. Silicio vidinėje kristalų struktūroje tarp jo atomų galima įterpti papildomas struktūras…
… legiruoti silicį?
Net ir ne legiruoti, bet jo viduje sukurti papildomas struktūras. Juk kas yra legiravimas? Tai medžiagos elektrinių savybių pakitimas keičiant silicio atomą kitokiu, turinčiu daugiau ar mažiau valentinių elektronų. O šiuo atveju į silicio kristalus įterpiami papildomi atomai, kurie sustiprina tą kristalo gardelę. Palyginkite paprastą ir lenktynėms parengtą automobilį, kurio rėmai papildomai sustiprinami, taip pat daromi ir kiti patobulinimai. Labai panašiai ir kristalinėje gardelėje galima padaryti tam tikras vidines atramas. Štai tas „atramas“ kuriant mes ir dalyvaujame. Kuriame metodus, kurie padeda patikrinti, ar tos „atramos“ pakankamai tvirtos, ar jas reikia dar kažkaip tvirtinti, o gal ilgainiui jos pačios pasinaikina.
Kai sakote „tvirtos“, turite mintyje atsparumą didelei spinduliuotei?
Taip, šiuo atveju mes dirbame atsparumo galingai spinduliuotei sudarymo kryptyje.
Kokius padarinius medžiagoje sukelia padidinta spinduliuotė?
Įsivaizduokime, kad didelės energijos dalelė pataiko į atomo (tarkime, silicio) branduolį, išstumia jį iš savo vietos. Judantis po smūgio atomas pradeda elgtis kaip buldozeris medžiagoje, išardo gana didelę medžiagos dalį. Susidaro atomų chaosas, kuris gali savaime susitvarkyti, nes kristaluose efektyviai veikia stangrumo ir kitos saviorganizacijos jėgos. Visa tai siejasi su medžiagų savybėmis. Šie darbai gali būti priskirti nanotechnologijoms, nes tai tam tikru būdu sužadinti nanodariniai, kurie vėliau pradeda gyventi savo gyvenimą.
Suprantu, kad norite pažaboti silicį ir jo darinius savo labai konkretiems tikslams, ir visa, kas išeina iš tų tikslų ribų, gali atrodyti kaip trukdys tyrinėtojo kelyje. Bet gal iš tų, atrodytų, trūkumų gali kilti visai naujai suvoktų efektų galimybė? Svarbu iš anksto neapsiriboti užsibrėžtais rėmais.
Ta proga galiu priminti aiškinimą, kas tai yra mikroelektronika. Įsivaizduokime, kad paimame labai geros kokybės silicio kristalą ir pradedame jį gadinti: vienas vietas išėsdinti, į kitas įterpti papildomus atomus ar medžiagų intarpus, tai viena ar kita forma kartojama daug kartų. Pabaigus visas procedūras (kai jau visiškai sugadini) pavyksta gauti mikroprocesorių, kuris tinka dėti į kompiuterį.
Kai kalbame apie defektus kristaluose, turime pamiršti lingvistinę žodžio „defektai“ prasmę, bet gilintis į ieškomą, o kartais ir netikėtai aptinkamą rezultatą. Štai kad ir darbų kryptis, kurią man pavesta kuruoti. Parodėme, kad viena iš medžiagų (mes nagrinėjome daug tų medžiagų), pavyzdžiui, silicio karbidas pasirodė visai netinkama mūsų tikslams. Užtat mūsų pasiūlyta galio nitrido medžiaga parodė, kad yra labai perspektyvi, gali būti taikoma visose sistemose, kurias mums rūpi sukurti. Netenkina vienintelis parametras: neįmanoma tilpti į dabartinio eksperimento modernizacijos terminus pagal pramoninę jų gamybą. Tiesiog etapus, kuriuos reikia pereiti, negalima įtalpinti į mūsų darbų grafikus. Todėl ši mokslinių tyrimų linija lieka atsarginė, o darbus būtina tęsti, nes gauti rezultatai gali būti labai reikšmingi jau kitos naujos modernizacijos laiku. Niekas neabejoja, kad ir ateityje ateis metas modernizuoti dabar kuriamus prietaisus.
Helsinkio greitintuvas tikrins mūsų galimybes Tad į ką dabar sutelktos Vilniaus universiteto mokslininkų pajėgos?
Siekiame, kad būtų įvertinta, kaip naujos rūšies silicis „elgiasi“ įvairiose eksperimentinėse sąlygose apšvitinimo metu. Esame sukūrę aparatūrą, kuri parengta naujiems eksperimentams. Vienus atliksime Helsinkyje prie ten turimo greitintuvo, o vėliau ta aparatūra bus perkelta į CERN’ą. Tada žiūrėsime, kaip „elgiasi“ mūsų kuriami detektoriai tuo metu, kai juos apšvitina didelio intensyvumo spinduliuotė.
Kai darote tyrimus su medžiagomis, o kartais ieškote naujų medžiagų, ar norite jas sukurti, tai dirbate bandymų ir klaidų metodu, o gal turite teorinius pagrindus, kaip pasiekti norimą rezultatą? Gal naudojate kompiuterinio simuliavimo, modeliavimo būdus, kurie tyrinėtojams ir padeda siekti norimo rezultato?
Turime viską, ko reikia geidžiamam rezultatui gauti. Ir eksperimentinis metodas, ir teorinis modeliavimas yra mūsų tiriamojo darbo kasdienybė. Taip pat užduodame klausimų kitų grupių tyrinėtojams. Vieni jų yra gretimose laboratorijose, kiti – kitose šalyse ir žemynuose. Jau minėjau WODEAN seminarą: į jį turėjo susirinkti visi tyrimuose dalyvavę mokslininkai, o bent vieno iš jų trūkumas visą pasitarimą paverstų beveik niekiniu.
Kas čia buvo svarbu?
Svarbu tai, kad tie patys bandiniai po įvairių apšvitinimų buvo tiriami tam tikais metodais. Tie skirtingose vietose atliktų tyrimų rezultatai ir turėjo būti apibendrinti. Tik visas tyrėjų dešimtukas, susirinkęs iš įvairių laboratorijų, turinčių aukščiausią tos srities tyrimų reitingą Europoje, galėjo padėti apibendrinti darbo rezultatus.
Taip priklausomi vienas nuo kito nepriklausomų laboratorijų tyrėjai? Vienas padarytas tyrimas dar gali nedaug ką reikšti?
Būtent taip. Šiuo atveju mums buvo pavesta atsakyti už dviejų tyrimų metodikų rezultatus. Mes pademonstravome, kad sukūrėme net tris viena kitą papildančias metodikas ir jas sėkmingai pritaikėme. Taigi esame visaverčiai stambaus mokslinių tyrimų tinklo dalyviai.
Kokias išvadas padėjo suformuluoti štai ši, Vilniuje vykusi CERN’o pasitarimų sesija?
Svarbiausia, kad mes dabar žinome, kokius uždavinius turime spręsti per artimiausią laikotarpį. Tai nereiškia, kad nekyla naujų problemų. Jeigu sąvoką problema išversime į lietuvių kalbą, tai bus uždavinys. Taigi mes nuolat keliame sau vis naujus uždavinius ir ieškome būdų, kaip juos išspręsti, arba kaip juos apeiti. Šiandien neįveikiamus apeiname.
Ko labiausiai šiandien stinga kad ir Jūsų vadovaujamai mokslininkų grupei?
Vienareikšmiškai galiu pasakyti, kad jeigu mums ko ir stinga, tai laiko ir pinigų.
CERN’as toks neturtingas?
CERN’as čiuo atveju yra organizacija, vien tik analizuojanti rezultatus, kuriuos gauna mokslinių tyrimų grupės. Tai ekspertai. O pagal bendrą CERN’o sandarą sutarta, kad kiekviena valstybė, dalyvaujanti CERN’o programose, pati remia kolektyvus, kuriems leista dalyvauti tose programose.
CERN’as mūsų tyrimų grupei nieko nemoka, nepadeda įsigyti net aparatūros? Mes dirbame vergų darbą?
CERN’as nieko mums nemoka, bet tai daug teisingiau negu ES bendrojoje 6-ojoje ar net 7-ojoje programoje. Už dalyvavimą pastarojoje programoje valstybė iš anksto sumoka tam tikrą pinigų sumą, nors visai neaišku, kas ir kiek tų pinigų per projektus gaus. Jokios garantijos, kad tie pinigai grįš įnašą sumokėjusiai valstybei.
Šiuo atveju CERN’as veikia pagal kitą principą kaip ir Europos kosminių tyrimų agentūra. Jie ekspertuoja, ką mokslininkų grupė ar komanda sugeba padaryti. Sudėtingiausia patekti į CERN’o tyrimus, nes grupės vertinamos pagal pasiektus rezultatus. Dažnai sprendžiama, kokia prasmė tęsti pradėtus darbus, nes juk toli gražu ne visi perspektyvūs svarbiausių užduočių sprendimui. Jeigu kasmet pripažįstama, kad tie darbai yra pakankamai aukšto mokslinio lygio, tai jau yra labai svarbus įvertinimas. Kiekviena valstybė didžiuojasi savo pasiektais rezultatais CERN’o programose.
Ir apibendrinimo žodis…
Lietuva per pastaruosius dvejus metus pradėjo mūsų projektą finansuoti, bet visas mūsų gaunamas metinis finansavimas yra toli gražu nepakankamas bent jau tam, kad galėtume įsigyti nors vieną būtiniausių prietaisų naujai pripažintai metodikai ir užtikrinti, kad bendradarbiai būtų skatinami už atliktus darbus. Šis prietaisas būtinas, jei norime reikiamu laiku atlikti planuojamus tyrimus. Tenka vykdomus tyrimus derinti su kitais nacionaliniais tikslais ir taip verstis.
Ačiū už pokalbį ir linkiu, kad pavyktų įsigyti dar ne vieną prietaisą, būtiną sėkmingam moksliniam darbui.
Ir palinkėkite, kad galėčiau į šį projektą įtraukti kuo daugiau studentų ir jiems tinkamai mokėti, kad jie neieškotų papildomų uždarbių ir gilintųsi į mokslo bei technologijų problemas.
Žinoma, to ir linkiu. Ačiū. Kalbėjosi Gediminas Zemlickas
