Sfredelind „măruntaiele” materiei

Proiectul ELI-NP,de la IFIN-HH Măgurele

Proiectul celui mai puternic laser din lume, care se construiește în orașul Măgurele este deja de notorietate. 

Numele urbei ilfovene este acum pe buzele tuturor, când vine vorba despre unul dintre cele mai îndrăznețe demersuri, din ultima vreme, ale oamenilor de știință din întreaga lume. Un demers de domeniul science-fiction, pentru unii, dar care își propune să treacă de noi bariere ale cunoașterii alcătuirii lumii materiale. O „scotocire” în „măruntaiele” necunoscute, încă, ale acesteia, în căutarea de răspunsuri la întrebările care îi macină pe investigatorii materiei. Dar și un demers pentru găsirea unor soluții științifice și tehnologice, menite să ducă omenirea spre acel progres, atât de necesar, al propășirii ființei umane în acest Univers, care ascunde, încă, atâtea taine…

Și cine altul ne-ar fi putut vorbi mai bine despre nașterea acestui proiect, decât unul dintre „părinții” lui, profesorul academician Nicolae Victor Zamfir? Unul dintre savanții importanți în domeniu, pot spune fără să greșesc. Un om cu inima deschisă, care a acceptat, cu multă căldură, să ne spună minunata poveste a „Laserului Fermecat”, ca să parafrazez titlul povestirii fraților Grimm. Și, vă mărturisesc, o întrevedere cu profesorul Zamfir, conducătorul proiectului ELI-NP (Extreme ­Light Infrastructure – Nuclear Phisics), merită orice efort. Pentru că nici nu ne-am dat seama când au trecut cele aproape 3 ore ale întrevederii noastre, ascultându-l pe domnul profesor. Am plecat de acolo fascinați de lumea pe care o descoperiserăm prin mijlocirea spuselor domniei sale. De aceea, dorim să‑ți împărtășim și Măriei Tale, cetitorule, o parte din farmecul acestei întâlniri de la ­IFIN-HH (Institutul de Fizică și Inginerie Nucleară Horia Hulubei), din Măgurele.

Vom avea un laser nemaivăzut. Cum procedăm?

În ianuarie 2010, specialiștii de la Măgurele primesc oferta de a găzdui viitorul laser, unic în lume. O provocare fără precedent pentru cercetătorii români. Să fie, oare, se întrebau ei, o căciulă prea mare pentru România? „În fine, am acceptat oferta. Dar, ne-am zis atunci, ce facem cu el. Nu știam de unde s-o apucăm. Atunci, am dat sfoară-n țară. Mai bine zis, în lume. I-am chemat pe cei pe care-i cunoșteam, din domeniu, să vină în România. Timp de 6 luni de zile, am avut întâlniri, aici, la Măgurele, cu zeci și sute de cercetători din întreaga lume, care și-au dat drumul la imaginație. Astfel a fost creat un „White Book”, adică un pachet de posibile teme de cercetare și aplicații pentru ­ELI-NP. În final, au fost alese 12 proiecte de experimente, care vor fi realizate cu acest laser, pentru început. Trei experimente vor fi numai cu fascicul laser, unul, combinat, laser cu fascicul gamma, patru, cu gamma, și patru proiecte pentru aplicații. Toată această muncă a durat un an de zile”, își amintește profesorul.

Tot ce a urmat, s-a des­fășurat pe făgașul normal. Proiectul a fost prezentat la Bruxelles, s-a alcătuit echipa managerială și cea de cercetare. Acum, încet-încet, se construiește partea de grup științific, care, până acum, a ajuns la 60 de membri, urmând ca, în final, echipa să numere 250 de membri.

CETAL, locul unde s-a născut un „frate” mai mic al lui ELI-NP

CETAL, adică CEntrul pentru Tehnologii Avansate cu Laser este un proiect național al cercetătorilor de la Institutul Național de Fizica Laserilor, Plasmei și Radiațiilor, care, din punct, care, din punct de vedere tehnic și științific, este strâns legat de proiectul ELI-NP. „Laserul care a fost deja construit, în cadrul acestui proiect, este un fel de „antemergător”. Este un laser de același tip ca și ­ELI-NP, numai că este de 10 ori mai puțin puternic, adică are o putere de 1 petawatt. Cam la acest nivel se situează, până acum, puterea laserilor de acest tip. În lume, la ora actuală, mai sunt 4 sau 5 lasere de acest tip. Dar, în cadrul proiectului CETAL, conceput prin anul 2007, au mai fost construite și  câteva instalații, cu aplicații industriale. Totul a fost încheiat anul trecut”, ne-a explicat profesorul Zamfir.

Laserul nu e televizor!

În prezent, laserul de 1 petawatt se află în fază de calibrare, iar la lucrări participă și o echipă care lucrează la proiectul ELI-NP, în cadrul unei proceduri de comisionare. „Pentru punerea în funcțiune a unui echipament de o asemenea complexitate este nevoie de o perioadă de circa 6 luni și pentru laserul de 10 PW, pentru ca el să funcționeze la parametri corespunzători. De aceea, s-a recurs la o procedură de comisionare, fapt care i-a deranjat pe cei care gestionează banii proiectului (DG Regio și Autoritatea de Management), care nu înțeleg de ce avem nevoie de această perioadă de, să-i zicem, „ajustare”, de 6 luni. Le-am dat un exemplu, zic eu, cât se poate de elocvent. Le-am spus că și atunci când cumperi un televizor trebuie să-i faci niște ajustări, darămite unui laser atât de complex! În fine, acum punem la punct diferitele componente, acțiune la care participă și echipa ELI. Urmează ca, în următoarele luni, să obținem și fascicul, intrând astfel pe un făgaș normal”, ne-a precizat Nicolae Zamfir.

Un model pentru „fratele” mai mare

Profesorul Zamfir ne-a mai spus că specialiștilor de la Thales Group le-a folosit enorm experiența dobândită în construirea laserului din cadrul CETAL. Experiența le va folosi în realizarea „fratelui” mai mare, ELI-NP. Pentru că, în timpul unui astfel de proces, specialiștii sunt puși în fața situației de a găsi, pe loc, soluții tehnice, necunoscute anterior. Una dintre aceste probleme este cea care la laserul de 1 petawatt a fost rezolvată, este cea a „laserilor de pompaj”. „Recepția acestora s-a realizat în noiembrie și toată lumea a fost fericită când a văzut că au fost creați asemenea laseri de pompaj, cu o energie atât de mare”, ne-a spus, cu satisfacție, interlocutorul nostru.

 La „pompat” de fotoni

Aici aș vrea să vă ofer și câteva lămuriri științifice asupra a ceea ce înseamnă un laser de tipul lui ELI-NP. Imaginea clasică pe care o avem cu toții este cea a fascicului de lumină continuu, mai mult sau mai puțin colorat, care găurește metale, aruncă în aer nave spațiale, este folosit la operații chirurgicale sau la confecționarea săbiilor pentru cavalerii Jedi. Ca să nu mai vorbim despre „laserul” cu care suporterii îl orbesc pe portarul echipei adverse, la loviturile de la 11 metri…

Ei bine, modul de func­ționare a unui laser de tipul ­ELI-NP este cu totul diferit. Deși se bazează pe același principiu: amplificarea luminii prin stimularea emisiei de radiație (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation – pe limba lui Shakespeare), acest fapt se realizează printr-o tehnologie specială. În cazul ELI, pentru a se ajunge la o putere de o asemenea valoare (10 petawatt – 10 la puterea a 16-a wați) este nevoie de o serie de laseri, să le zicem, „adiționali”, care, pe paliere succesive, cresc numărul fotonilor care alcătuiesc fasciculul laser, aducând puterea la valoarea amintită. Pentru aceasta, este nevoie de laserii de „pompaj” amintiți. De asemenea mai intervin în toată această ”muncă” și componente optice, cum ar fi o serie întreagă de lentile și oglinzi. Pentru a putea fi amplificat, fasciculul inițial estee ”întins” temporar, ca apoi, după amplificare, să fie compresat la 10-20 de femtosecunde, adică 10 milionimi de miliardimi de secundă. „Această metodă, numită Chirp Pulse Amplification – CPA – a fost inventată de Gerard Mourou”, ne-a precizat profesorul Zamfir.  Sper, că ați înțeles! Mie, unuia, mi se pare fascinant.

ELI-NP – 1% din energia Soarelui!

Așadar, în urma fenomenelor create, povestite mai sus, într-un spațiu foarte mic se va concentra energia unui câmp electromagnetic de o intensitate nemaiîntâlnită până acum, de ordinul a 10 la puterea 24 wați/cmp. Adică, potrivit profesorului Zamfir, cam 1% din întreaga putere Soarelui pe 1 cmp. Mai exact, din intensitatea energetică a întregului astru. „Ajungi să concentrezi, astfel, o sutime din energia întregului Soare pe 1 centimetru pătrat, într-un timp extrem de scurt. Imaginați-vă ce se poate întâmpla cu un „bolid” de genul acesta, când se deplasează cu viteza luminii! Se estimează că printr-o astfel de metodă se pot obține fascicule accelerate, fără a mai fi nevoie de acceleratoare care să se întindă pe kilometri. Vom putea pătrunde, astfel, din ce în ce mai adânc în structura materiei. În aceste condiții, în cadrul cercetării fundamentale, s-ar putea ajunge la descoperirea unor legi noi care guvernează organizarea structurală intrinsecă a materiei. Dar, deocamdată, nu avem idee ce ar putea să apară din punct de vedere al legilor naturii. În schimb, cercetările aplicative ar putea duce la crearea de noi tehnologii, în aproape toate domeniile științifice”, ne‑a explicat interlocutorul nostru.

CJ Ilfov, cel mai acerb susținător al proiectului

Profesorul Zamfir ne-a vorbit și despre modul în care se desfășoară proiectul. A ținut să sublinieze sprijinul nemijlocit oferit de președintele CJI, Marian Petrache, în demersurile întreprinse de echipa managerială a proiectului. Astfel, în ciuda unor piedici administrative, despre care profesorul a vorbit la conferința de lansare a proiectului „Măgurele ­Science Park”, lucrările se desfășoară rezonabil. Nicolae Zamfir este optimist. MSP și Clusterul ­High Tech înființate până acum ­creează premisa ca orașul Măgurele să devină o stea a cercetării științifice la nivel mondial.

„ELI-NP trebuie să-și facă datoria să ne promoveze, ca țară, în prima ligă a cercetării științifice, la nivel mondial. În liga jucătorilor im­portanți, la nivel științific. Trebuie să schimbe mentalitatea în domeniul transferului de tehnologie. Adică legătura cu industria. De aici și ideea înființării „Măgurele Science Park”. ELI trebuie să schimbe ceva și în domeniul educației. În primul rând, cea universitară. Pentru că specialiștii în ingineria și fizica laserilor sunt foarte căutați, în lume. Pentru că, în viitor, vom avea nevoie de cadre pentru a duce mai departe cercetările de la Măgurele și de specialiști în tehnologiile conexe proiectului, cum ar fi laserii de pompaj sau optoelectronica. De aceea, noi, cei de la ­ELI-NP, ne-am oferit să susținem ­cursuri în toate aceste domenii”, este crezul exprimat de profesorul Nicolae Zamfir.

A fost odată, ca niciodată…

… o întâlnire minunată, la Măgurele. De fapt, aceasta a avut loc în anul 2008, când platforma științifică de cercetare din Măgurele a fost vizitată de un grup de cercetători europeni, în frunte cu Gerard Mourou, cel care descoperise metoda de realizare a laserilor de mare putere. El lucrase timp de 30 de ani în SUA. Întors în Europa,  a propus construirea unui astfel de laser, pe continent. Susținut de confrați într-ale științei, Mourou a reușit să impună acest proiect pe o listă de 36 de astfel de mega-proiecte, din Europa. La acest demers, în faza preparatorie, au pus umărul 13 țări europene, printre care și România. A urmat, stabilirea locului în care să se realizeze construcția. Competiția era mare. „Între timp, prin 2008-2009, a venit la Măgurele acest profesor Mourou. Eu am fost solicitat să-i prezint Institutul de Fizică Nucleară. Atunci mi-a povestit, pentru prima oară, de­spre proiect”, își amintește profesorul Zamfir.