Rozpadające się wiązania chemiczne i wędrujące między cząsteczkami atomy, które każdy zna z lekcji chemii zapisane w postaci równań i schematów, europejscy fizycy wkrótce sfilmują w niespotykanej dotychczas rozdzielczości. Budowane od kilku lat w centrum naukowo-badawczym DESY w Hamburgu (i sąsiadującym z nim Szlezwiku-Holsztynie) ogromne urządzenie badawcze otworzy przed naukowcami z 11 krajów Europy, w tym Polski, o wiele więcej możliwości. 1,2 mld EUR wydane dotychczas na budowę (pieniądze wyłożyło 11 krajów) i konstrukcja powstająca w tunelach o łącznej długości… 5,8 kilometra. Mowa o gigantycznym laserze na swobodnych elektronach European XFEL.
— Ma on wyemitować swoją pierwszą użyteczną wiązkę spójnych, twardych promieni X do połowy 2017 r. Dla laików może to brzmieć zagadkowo, ale oznacza to mniej więcej tyle, że świat nauki dostanie niespotykane dotychczas możliwości badawcze do zastosowania w fizyce atomowej i molekularnej, fizyce fazy skondensowanej, plazmy, optyce kwantowej i nieliniowej, naukach o życiu i materiałach oraz chemii — tłumaczy dr Jerzy Lorkiewicz, adiunkt w Narodowym Centrum Badań Jądrowych (NCBJ) w Świerku.
Niedawno NCBJ przedłużyło umowę o współpracy z DESY. W konstrukcję urządzenia zaangażowane były też dwa inne polskie ośrodki badawcze — Politechnika Wrocławska i Instytut Fizyki Jądrowej PAN oraz współpracujące z nimi instytuty i firmy. Polacy zajmują się głównie projektowaniem, dostarczaniem i testowaniem komponentów akceleratora (jednej z części XFEL, która umożliwia przyspieszanie elektronów) i elementów automatyki sterowania wiązkami rentgenowskimi, które będą emitowane przez ogromne urządzenie. Mamy też swój wkład finansowy — około 28,8 mln EUR.
— To średni koszt budowy 3 km autostrady, czyli niewiele w skali całej gospodarki, uwzględniając nawet dodatkowo przyszły polski udział w kosztach eksploatacji urządzenia, przygotowania eksperymentów oraz kształceniamłodych kadr — mówi dr Jerzy Lorkiewicz. W zamian weszliśmy do konsorcjum, które w przyszłości będzie decydować o tym, którzy naukowcy skorzystają z możliwości badawczych superlasera.
— Urządzenie może okazać się szczególnie atrakcyjne dla biochemików, biofizyków, a więc również producentów leków, lekarzy i epidemiologów, zainteresowanych badaniem struktury wirusów i warunków ich rozprzestrzeniania. Na badaniach materiału genetycznego skorzystają nauka o dziedziczeniu i medycyna. Dzięki uzyskiwanym w XFEL bardzo krótkim impulsom promieniowania rentgenowskiego (od kilkudziesięciu femtosekund) oraz bezprecedensowo wysokiej częstotliwości ich powtarzania (do 27000 impulsów na sekundę) możliwe staje się badanie dynamiki procesów molekularnych z bardzo wysoką rozdzielczością czasową — tłumaczy Jerzy Lorkiewicz. Laser na swobodnych elektronach to przede wszystkim obietnica zajrzenia głębiej w struktury komórkowe.
— Niektórzy, bez wielkiej przesady, zapowiadają możliwość „filmowania” reakcji chemicznych czy rejestrowania zmian stanu molekuł w czasie przy wykorzystaniu tzw. krystalografii seryjnej — mówi naukowiec. Spełnienie marzeń o postępie wymaga jednak większego zaangażowania polskiej kadry naukowej i rządzących.
— Na całym świecie inwestycja w naukę to przedsięwzięcie wysokiego ryzyka, ale jeśli Polska chce wejść do pierwszej światowej ligi, musi uczestniczyć w takich projektach jak XFEL czy LHC [inny paneuropejski projekt realizowany w Genewie — red.]. Powinniśmy stworzyć w kraju nową kategorię jednostek badawczych od dawna obecnych na Zachodzie — laboratoria narodowe, które integrowałyby naukowców z różnych uczelni i ośrodków, ukierunkowanych na konkretne projekty badawcze, m.in. takie, które mogłyby być realizowane dzięki naszym udziałom w XFEL — mówi Jerzy Lorkiewicz. Tu potrzebna jest jednak determinacja rządzących i — jak mówi dr Lorkiewicz — pozbycie się oporów przed zwiększaniem nakładów na naukę. © Ⓟ
Absolutne zero i elektron w cleanroomie
W ośrodku DESY pracuje około 3 tys. osób, nie odwiedzających go doktorantów z całego świata, którzy prowadzą tu badania. Na korytarzach mijają się fizycy i biochemicy, profesorowie i praktykanci. Do Hamburga naukowców przyciągają przede wszystkim nietypowe urządzenia badawcze, np. synchrotrony, potężne akceleratory czy zaawansowane kriostaty.
— Jeden dzień pracy takiego kriostatu, czyli urządzenia, które dzięki wykorzystaniu nadciekłego helu utrzymuje temperaturę materiału dwa stopnie powyżej zera absolutnego, kosztuje mniej więcej tyle, ile moje mieszkanie w Warszawie – mówi Wojciech Grabowski z Zakładu Fizyki i Techniki Akceleracji Cząstek NCBJ. Polski badacz korzystał też z tzw. cleanroomu, czyli pomieszczenia, w którym ilość pyłów jest ograniczona niemal do zera. — Pojedynczy pyłek, często niewidoczny dla oka, dla elektronu rozpędzonego w akceleratorze jest jak stodoła dla pocisków z karabinu. W pomieszczeniu bezpyłowym możemy przeprowadzić badania, jakie nie byłyby możliwe w zwyczajnym laboratorium — wyjaśnia Wojciech Grabowski.