Rozmowa z prof. dr. hab. Grigorym Trubnikovem

Zapraszamy do zapoznania się z rozmową z prof. dr. hab. Grigorym Trubnikovem, dyrektorem Zjednoczonego Instytutu Badań Jądrowych w Dubnej, która została przeprowadzona we współpracy Centrum Prasowego UMCS, Centrum Promocji UMCS oraz TV UMCS, przy wsparciu merytorycznym prof. dr. hab. Mieczysława Budzyńskiego z Instytutu Fizyki UMCS.

Zjednoczony Instytut Badań Jądrowych (ZIBJ) w Dubnej (Rosja) został utworzony 26 marca 1956 r. Od wielu lat jest liczącym się światowym ośrodkiem fizyki jądrowej. Czym się zajmuje ZIBJ i jakie badania prowadzone są w ośrodku?

Przede wszystkim bardzo dziękuję za zaproszeniei możliwość opowiedzenia o instytucie i naszejpracy. Nauka łączy narody – to siła napędowai główna misja naszego instytutu. ZIBJ w Dubnej,który mam zaszczyt reprezentować, jest znaczącymośrodkiem badawczym, zatrudniającym ponad 5000osób z 24 krajów członkowskich i stowarzyszonych z instytutem. Łącznie współpracują z nami naukowcyz 63 krajów, z prawie 1000 instytutów i uniwersytetówna całym świecie. Ośrodek obecnie dobrze funkcjonujedzięki naszym współpracownikom, którzy bardzo aktywnienas wspierają.

Program naukowy obejmuje trzy główne kierunki: fizykę jądrową, fizykę cząstek elementarnych i fizykę materii skondensowanej. Fizyka cząstek elementarnych zajmuje się relatywistyczną fizyką jonów i fizyką wysokich energii. Myślę, że wiele osób słyszało o Wielkim Zderzaczu Hadronów, bozonie Higgsa bądź cząstkach elementarnych modelu standardowego. W tym zakresie nasz instytut jest jednym z czołowych ośrodków na świecie. Fizyka materii skondensowanej łączy nauki przyrodnicze i radiobiologię. Warto podkreślić, że wszystkie te kierunki przeplatają się i wykorzystują technologie informacyjne. Ma to ogromne znaczenie, ponieważ informatyka jest obecnie ważną częścią każdej dziedziny nauki i życia.

Profesor Yuri Oganessian z ZIBJ otrzymał 22 października godność doktora honoris causa UMCS. To wyróżnienie dla niego, a także podkreślenie roli, jaką spełnia Zjednoczony Instytut Badań Jądrowych w syntezie superciężkich pierwiastków. Jakie cechy pracy naukowców z Laboratorium Reakcji Jądrowych umożliwiły te odkrycia?

Ambicja i współpraca międzynarodowa to dwa elementy niezbędne do osiągnięcia sukcesu. Ale oczywiście ważne są też doświadczenie w pracy w laboratorium, właściwe decyzje strategiczne oraz prowadzenie badań niszowych, które są bardzo konkurencyjne i jednocześnie niezwykle atrakcyjne m.in. dla Japonii, Stanów Zjednoczonych, Niemiec czy Francji. W dziedzinie, w której badania prowadzą prof. Yuri Oganessian i prof. Gieorgij Florow, bez wątpienia wygrywają. Dzięki ambicji, dyscyplinie i międzynarodowej współpracy osiągają sukcesy i są liderami w odkryciach superciężkich pierwiastków. Przez ostatnie 25 lat odkryto tylko 13 nowych superciężkich pierwiastków, z czego 7 jest bezpośrednio związanych z działalnością prof. Y. Oganessiana.

Jest Pan współautorem megaprojektu zderzacza jonów NICA. To olbrzymi kompleks o wartości około 500 mld dolarów, budowany we współpracy i pewnej konkurencji z drugim międzynarodowym projektem FAIR, ulokowanym w Niemczech. Kiedy NICA zostanie uruchomiony i jakich przełomowych informacji można się spodziewać?

NICA (Nuclotron-based Ion Collider fAcility) to ogromny projekt, który rozpoczęliśmy prawie 10 lat temu. Istnieją cztery ośrodki naukowe na świecie, które rywalizują o pozycję lidera w tej dziedzinie nauki. Są to: Brookhaven National Lab w Stanach Zjednoczonych, CERN, GSI i FAIR w Darmstadt w Niemczech oraz NICA w Dubnej. Wszyscy co jakiś czas spotykamy się w różnych miejscach i dyskutujemy, ale to NICA zajmuje teraz wiodącą pozycję. Zamierzamy wyprzedzić FAIR i uruchomić projekt pod koniec przyszłego roku, a pierwsze wyniki planujemy przedstawić już w 2023 r. Oczekiwane rezultaty dotyczą obu kierunków: fizyki podstawowej i fizyki stosowanej.

Jeśli chodzi o badania podstawowe, to ich głównym celem jest symulacja bardzo wczesnego wszechświata w laboratorium. Jak wiadomo, nasz wszechświat powstał 14 miliardów lat temu po Wielkim Wybuchu i w pierwszej chwili, w pierwszych mikrosekundach istniały tylko cząstki elementarne: elektrony, neutrina, kwanty gamma, kwarki i gluony. Po około 10 mikrosekundach na mocy pewnych praw, których teraz jeszcze nie rozumiemy, kwarki i gluony połączyły się w protony i neutrony. Następnie przez ponad 14 miliardów lat nasz wszechświat rozszerzał się, powstawały m.in. gwiazdy, tworząc całe formacje, i galaktyki, w tym Droga Mleczna. Jednym z celów NICA jest skonstruowanie wehikułu czasu, aby móc cofnąć się o te 14 miliardów lat i zobaczyć w laboratorium, jak przebiega transformacja lub tranzyt materii kwarkowo-gluonowej, a także stanąć w obliczu przejścia od tej materii do materii jądrowej, z której się składamy.

Badania prowadzone w NICA są przede wszystkim związane z materioznawstwem i medycyną. Wiązki jonów ze zderzacza NICA będą stosowane np. w leczeniu nowotworów. To daje możliwość znalezienia nowych sposobów walki z chorobami nowotworowymi. Innym ciekawym celem projektu jest wzmocnienie ochrony statków kosmicznych podczas długich misji, np. trzy- lub czteroletniej wyprawy na Marsa lub Wenus. Oczywiście misji kierowanej nie przez robota, ale przez astronautę. Głównym problemem do rozwiązania jest znalezienie sposobu na przeżycie człowieka przez cztery lata w przestrzeni kosmicznej. Eksperymenty prowadzone na wiązkach ciężkich jonów mogą być w tym przypadku pomocne. Dzięki naszym badaniom będzie można promować technologie dla statków kosmicznych, zwiększające stabilność i odporność ludzkiego ciała w warunkach panujących w kosmosie. W NICA testujemy te technologie i wykonujemy eksperymenty wspólnie z naszymi międzynarodowymi partnerami z wielu krajów.

Jedną z nowych gałęzi fizyki stanowi fizyka neutrin. Wciąż trwa budowa unikalnego detektora neutrin, który jest ulokowany w głębinach jeziora Bajkał. Czy mógłby Pan przybliżyć, na czym polega ten projekt i jakie miejsce zajmuje w światowym systemie tego typu detektorów?

Neutrino zostało teoretycznie przepowiedziane w latach 30. przez Wolfganga Pauliego, ale odkryto je dopiero w 1956 r. Neutrino jest szczególne, ponieważ wiemy o nim mniej niż o jakiejkolwiek innej cząsteczce. Możemy ją monitorować, zobaczyć, wykryć, ale mamy zbyt małą wiedzę na temat jej masy i pochodzenia. Przez każdy centymetr kwadratowy naszego ciała co sekundę przechodzi około 50 000 neutrin. Mówiąc obrazowo, na każdego z nas pada deszcz neutrin, ale nazywamy je cząstkami słabo oddziałującymi, bo przechodząc przez ciało, nie oddziałują z żadną z naszej materii, tylko podążają dalej. Może komuś kiedyś uda się stworzyć bardzo czuły detektor, który mógłby zmusić neutrino do interakcji z konkretną materią, a następnie wykryć sygnał z tego oddziaływania. Nie mierzymy jednak bezpośredniego sygnału neutrinowego, ale sygnał interakcji neutrin z materią.

Około 20 lat temu nasz instytut wraz z Rosyjską Akademią Nauk rozpoczął budowę ogromnego teleskopu neutrinowego w jeziorze Bajkał. W ciągu ostatnich ośmiu lat, dzięki naszym polskim i niemieckim współpracownikom, budowa teleskopu nabrała rozpędu, ponieważ co roku zwiększamy jego objętość.

Teleskop Baikal-GVD (Gigaton Volume Detector) składa się z dziesięciu klastrów. Każdy jest zbudowany z kilkuset modułów optycznych. Wszystkie klastry mają swoje nazwy, np. jeden z nich to Kraków, nazwany tak na cześć naszych współpracowników z Polski, którzy przyczynili się do jego powstania. Kolejne to m.in. Moskwa, Dubna, Bratysława i Niemcy. Myślę, że zbudujemy jeszcze sześć lub osiem klastrów i nazwa każdego z nich będzie powiązana z naszymi krajami członkowskimi. Objętość tego detektora jest już obecnie największa na półkuli północnej.

Podobny teleskop, IceCube Neutrino Observatory, znajduje się na Antarktyce. Projekt ten został zorganizowany przez Stany Zjednoczone i objął 13 współtwórców. Teleskop ma objętość jednego kilometra sześciennego i znajduje się w lodzie antarktycznej materii. Baikal-GVD ma z kolei pół kilometra sześciennego i jest zanurzony w czystej wodzie jeziora Bajkał, bardzo dobrej dla detektorów. Szuka on i wykrywa neutrina, które przechodzą od bieguna południowego, przecinają całą Ziemię i wychodzą w jeziorze Bajkał. IceCube natomiast eksploruje Antarktykę w poszukiwaniu neutrin, które pochodzą z bieguna północnego, przecinają całą Ziemię i oddziałują z lodem na biegunie południowym. Teleskopy te wraz z trzecim, znajdującym się na Morzu Śródziemnym, tworzą globalną sieć detektorów do wykrywania i badania neutrin na całej Ziemi. Ich głównym zadaniem jest poszukiwanie egzotycznych neutrin, które pochodzą z aktywnych jąder galaktyk.

Badając te sygnały, możemy nie tylko dowiedzieć się, w jaki sposób ukształtowała się galaktyka, ale również przewidzieć, jaka będzie ewolucja galaktyk, jak będą się rozpadać lub rozwijać, ile lat potrwa i jak będzie wyglądało życie danej galaktyki. Dzięki tym badaniom będziemy w stanie zrozumieć otaczający nas wszechświat, a także spróbować stworzyć prognozę dla Ziemi.

To naprawdę interesujące informacje. Oscylacje neutrin to pomysł prof. Bruno Pontecorva. Czy badania te są obecnie kontynuowane w ZIBJ?

Oscylacje neutrin rzeczywiście po raz pierwszy zaproponował Bruno Pontecorvo, który pracował dla naszego instytutu przez prawie 40 lat. Dwadzieścia lat po jego śmierci przyznano Nagrodę Nobla jego kontynuatorom.

Proszę sobie wyobrazić, że jedziemy autobusem i nagle zamienia się on w samolot. Później samolot staje się pociągiem, a po jakimś czasie znów przekształca się w autobus. Tak samo neutrino może zmienić swoją formę podczas podróży przez materię. Oscylacje neutrin to bardzo interesujący proces, który bada wiele ośrodków na świecie. Może być on wykorzystany np. do badania pracy reaktora atomowego w elektrowni atomowej bez konieczności wchodzenia do środka. Monitorując sygnał neutrin i widmo neutrin z rdzenia jądrowego reaktora, można zrozumieć, co się dzieje w środku. Można także dowiedzieć się, jaki jest skład paliwa, jak długo będzie działał reaktor, jak często trzeba wykonywać jego serwis, jak efektywne jest paliwo, jak się wypala itp.

Innym zastosowaniem neutrin jest przesyłanie danych. Skoro neutrino przechodzi przez dowolną materię i może być przetransportowane do dowolnego punktu z każdej lokalizacji, to można użyć strumienia neutrin także do przesyłania danych.

Neutrino i oscylacje neutrin dają odpowiedź na fundamentalne pytanie o pochodzenie materii. Co prawda, mamy standardowy model i znamy podstawowe dane dotyczące powstania materii, ale niektóre kwestie są nadal otwarte i nieznane, ponieważ nie mamy danych, które mogłyby nam powiedzieć o konkretnych efektach w modelu standardowym. Neutrino jest bardzo trudne do zlokalizowania i bardzo słabo wchodzi w interakcje z materią. Prawdopodobnie z tego powodu przez ostatnie 10 lat – i jestem pewien, że przez następne 20 lub 30 lat – będzie najbardziej atrakcyjnym obiektem badań dla fizyków.

Bardzo dziękujemy za poświęcony czas i rozmowę. To była przyjemność gościć Pana Profesora na UMCS.

Dziękuję Uniwersytetowi Marii Curie-Skłodowskiej w Lublinie za bardzo owocną współpracę ze Zjednoczonym Instytutem Badań Jądrowych w Dubnej. To dla nas wielki zaszczyt, że nasz genialny naukowiec prof. Yuri Oganessian otrzymał doktorat honoris causa Uniwersytetu Marii Curie-Skłodowskiej w Lublinie. Bardzo dziękuję.

    Aktualności

    Data dodania
    9 grudnia 2021