Revista >> Noiembrie - Decembrie 2015 [Nr. 180] >> Cercetare & Invatamant superior

Laureatul Nobel în fizică Eric A. Cornell: „Ştiinţa şi tehnologia sunt extraordinare alegeri de carieră şi minunate moduri de viaţă”

Diana Evantia Barca

25 Noiembrie 2015

Aflat pentru prima oară la Bucureşti, pentru lansarea la Universitatea Politehnica din Bucureşti a programului Honeywell Initiative for Science&Engineering (HISE), un proiect educaţional global, care ajunge în universităţi din întreaga lume, laureatul premiului Nobel în fizică Eric A. Cornell a vorbit studenţilor despre provocările actuale în comunităţile ştiinţifice mondiale, subliniind importanţa educaţiei pentru pregătirea noilor generaţii de cercetători de elită.

Fizician la Institutul Naţional de Standarde şi Tehnologie din SUA, Eric A. Cornell a devenit laureat al premiului Nobel în 2001 pentru meritul de a fi obţinut experimental “telescopul” care permite o vedere mai clară asupra mecanicii cuantice, condensatul Bose-Einstein în gaze diluate de atomi alcalini, o temă cercetată cu decenii în urmă de alţi doi iluştri fizicieni, indianul Satyendra Bose şi germanul Alfred Einstein. La nivel elementar, Eric A. Cornell a demonstrat experimental cea de-a cincea stare de agregare a materiei, model care permite studiul proprietăţilor atomilor în stări staţionare, deschizând drumul către dezvoltarea măsurătorilor de înaltă precizie şi revoluţionând noi tipuri de telecomunicaţii bazate pe lumină. Condensarea Bose-Einstein, ocuparea macroscopică a stării cuantice de energie minimă, a deschis drumul, de asemenea, către stocarea optică a datelor, calculul cuantic sau către procesarea cuantică a informaţiei.

Fizicianul american le-a vorbit studenţilor români în aula Universităţii Politehnice din Bucureşti (UPB), prima instituţie academică din România care a găzduit un eveniment HISE: „Ştiinţa şi tehnologia se dezvoltă în strânsă legătură, astfel încât studenţii care îşi încep studiile în fizică trec prin masterate şi doctorate, pentru a se angaja apoi în companii high-tech prestigioase, dovadă că educaţia de acest tip este o modalitate de a te integra, perfect adaptat, în lumea reală. Dincolo de utilitatea cunoştinţelor teoretice, acesta este un drum care îi pregăteşte pe studenţi pentru viaţă, le dezvoltă independenţa şi creativitatea, încurajându-i să rămână plini de optimism în faţa necunoscutului. Este un drum frumos, care se parcurge cu voioşie, şi o excelentă provocare pentru cei cărora le plac ghicitorile, puzzle-urile, misterele, pentru cei interesaţi să pună cap la cap diverse indicii pentru a descoperi o soluţie. Pentru că asta se întâmplă în ştiinţă, pui cap la cap indicii şi nici nu îţi dai seama când şi dacă ai trecut la următorul nivel. Trebuie să înţelegi asta singur. Daca vreţi, este exact ca un joc video, doar că este mult mai frumos şi mult mai folositor”.

„Profesorul Eric A. Cornell a ţinut în România o lecţie memorabilă, urmărită direct de mii de studenţi invitaţi în aula UPB, dar şi de peste 70.000 de alţi tineri interesaţi de ştiinţă, care au vizionat online prelegerea în patru centre universitare din România:Cluj, Iaşi, Timişoara şi Bucureşti. De asemenea, profesorul Cornell a fost vreme de două zile la dispoziţia doctoranzilor noştri, pentru consultări ştiinţifice şi pentru discuţii tematice. Prin votul unanim al Senatului, UPB i-a acordat profesorului Eric A. Cornell titlul de Doctor Honoris Causa. Sperăm într-o colaborare permanentă cu profesorul Cornell, direcţiile şi tema acesteia urmând să fie dictate de programul şi domeniile sale de interes“, a declarat Mihnea Costoiu, rectorul Universităţii Politehnica din Bucureşti.

La rândul său, fizicianul american a vorbit despre responsabilitatea socială pe care o implică un statut de excelenţă, misiune pe care şi-o asumă începând cu implicarea în strategii gândite la nivel mondial pentru formarea noilor generaţii. „O iniţiativă extraordinară dezvoltată la nivel global, programul Honeywell oferă un mediu ideal, inspiraţional, un excelent cadru în care studenţii şi profesorii să înţeleagă, prin experienţe directe, modul în care ştiinţa şi ingineria fac echipă cu mediul de afaceri pentru a clădi o lume mai bună. Personalităţi de elită ale lumii ştiinţifice internaţionale merg în universităţi, au întâlniri cu studenţii, interacţionează cu aceştia, reiau discuţiile în cadrul unor grupuri mai mici sau în întâlniri informale, în timpul unor prânzuri tematice, cu scopul de a oferi inspiraţie, de a oferi modele care să demonstreze că ştiinţa şi tehnologia sunt extraordinare alegeri de carieră şi minunate moduri de viaţă, domenii care deschid perspectivele către infinite posibilităţi, asigurând o mulţime de emoţii, dinamică şi mult amuzament”, a explicat Eric A. Cornell pentru revista Market Watch. „Majoritatea studenţilor implicaţi în acest program vor rămâne în legătură cu Honeywell, o organizaţie aflată într-o permanentă căutare de talente. Îi încurajez pe aceşti tineri să înţeleagă în mod profund posibilităţile pe care le oferă domeniul ştiinţei şi al tehnologiei, să se lase inspiraţi de bucuria de tip romantic a descoperirii şi a explorării. Pentru că, în zilele noastre, marii exploratori nu mai merg la Polul Nord sau la Polul Sud, ci merg în laboratoare, adică în locul în care contemporaneitatea îşi anunţă acum marile descoperiri. La Polul Nord sau Sud nu mai sunt aşa de multe lucruri de văzut, pe când în laborator sunt încă infinite mistere neexplorate şi sper ca toţi tinerii interesaţi de ştiinţă să-şi dorească să participe la căutarea lor”, a mai spus profesorul american.

Condensatul Bose-Einstein, „telescopul” care va dezvălui secretele mecanicii cuantice
Discursul inspiraţional susţinut de profesorul Eric A. Cornell în faţa studenţilor din Bucureşti poartă girul unei ilustre cariere ştiinţifice. Deşi au trecut 70 de ani în decursul cărora fizicieni de elită ai lumii au încercat descrierea sa experimentală, condensatul Bose-Einstein a fost obţinut abia în 1995, în SUA, Colorado, de cercetătorii Eric Cornell, Wolfgang Ketterle şi Carl Wieman. Echipa de cercetători a folosit laserul pentru a răci şi ţine la un loc atomii, operaţiuni urmate de un procedeu numit „răcirea prin evaporare” (o tehnică de eliminare a celor mai energizaţi atomi din câmpul electromagnetic în care aceştia sunt prinşi). Procedura are, deocamdată, două tipuri de limitare: numai anumite tipuri de atomi pot fi răciţi şi aduşi în starea de condensat Bose-Einstein, iar cantităţile de condensat obţinute sunt extrem de mici, de numai câteva milioane de atomi. În aceste condiţii, nu există o utilizare practică certă pentru acest produs al fizicienilor, dar profesorul Eric A. Cornell s-a arătat optimist cu privire la dezvoltările ulterioare. „Descoperirea mea nu este o temă de investigaţie în sine, ci este, mai degrabă, un telescop, un fel de microscop, o ustensilă cu ajutorul căreia cercetatori din alte domenii să poată arunca o privire mai atentă în alte zone de cercetare, cum ar fi domeniul mecanicii cuantice. În anii care au trecut, aplicaţiile tehnologice ale acestei descoperiri au fost modeste, dar descoperirile ştiintifice continuă să fie foarte interesante şi, în marea lor majoritate, acestea vizează mecanica cuantică a particulelor care interacţionează. Domeniile evocate nu ţin de condensatul Bose-Einstein, ci sunt arii potenţiale de dezvoltare, a căror cercetare devine mai uşoară o dată cu descoperirea acestui nou condensat. Există şi câteva aplicaţii tehnologice, unele companii vor să folosească acest condensat pentru dezvoltarea accelerometrelor, de pildă. Deşi piaţa beneficiarilor acestei descoperiri rămâne, deocamdată, extrem de mică, în perspectivă, cred că aplicaţiile tehnologice ale acesteia vor avea succes. A fost pus la punct deja computerul cuantic, ceea ce a deschis calea către un imens nou domeniu de cercetare. Sigur, domeniu computaţiei cuantice este o arie interesanta de cercetare, dar este prematur sa vorbim despre asta, în condiţiile în care nu ştim cum va arăta. Ceea ce ştim deocamdată este că va fi rece”, a explicat profesorul Eric A. Cornell. La nivelul cel mai elementar de înţelegere, fizicianul american a demonstrat cea de-a cincea stare de agregare a materiei.

Mistere la polii electronului
În această stare a materiei, diferită de oricare alta întâlnită în mod obişnuit în natură, atomii ajung la o agregare care îi face să se comporte la unison, să-şi piardă individualitatea. În aceste condiţii, atomii ocupă un spaţiu comun, devin indivizibili sau, potrivit anumitor fizicieni, formează un superatom. Toate aceste ipoteze au fost demonstrate abia în anul 1995, rezultat care a revoluţionat ştiinţa experimentală şi teoretică, deschizând drumul către noi tipuri de telecomunicaţii bazate pe lumină, stocarea optică a datelor şi calculul cuantic, dar şi către procesarea cuantică a informaţiei şi dezvoltarea măsurătorilor de precizie pentru unele dintre cele mai sensibile dispozitive din lume, cum este ceasul atomic. Pentru a creiona principiile experimentului, ilustrul fizician american a explicat că, pe măsura ce atomii se răcesc, încep să semene mai degrabă cu valurile şi mai puţin cu particulele. Când un gaz format din atomi ajunge atât de rece încât „valurile“ unui atom se suprapun cu valurile altui atom, rezultatul este un fel de criză de identitate a mecanicii cuantice, acea „condensare“ anticipată de Einstein în urmă cu 85 de ani. Temperaturile extrem de scăzute reprezintă ele însele o zonă de interes major, însă implicaţiile obţinerii lor experimentale sunt mult mai ample: domeniul mecanicii cuantice atinge nu numai zona fizicii ultra-reci, ci şi pe cea a fizicii ultra-mici. Pentru ca nanotehnologia să atingă potenţialul său ştiintific şi comercial deplin, este nevoie ca cineva să izoleze particula cuantică acolo unde ea se naşte. Temperaturile scăzute pot fi un excelent aliat în acest spaţiu înşelător. „Va trece ceva vreme până când vom vedea aplicaţiile acestor descoperiri în viaţa de zi cu zi. Sigur, a fost inventat computerul cuantic, dar deocamdată nu este folositor, pentru că nu este la fel de performant ca unul obişnuit. Pentru a-i ridica performanţele, trebuie să mai adunăm ani mulţi de muncă în cercetare, pentru că nu este vorba doar de un efort tehnologic, ci de o mai bună înţelegere fundamentală a mecanicii cuantice şi a felului în care interacţionează obiectele. Personal, în prezent am două direcţii majore de cercetare: mă interesează ce se întâmplă la nivelul electronului, o particulă fundamentală şi foarte familiară, de altfel, de vreme ce oamenii de ştiinţă o cercetează de mai bine de un secol. Iar la nivelul electronului, mă interesează în mod special dacă polii sunt identici. În cazul electronului, par a fi similari. Acest studiu se dezvoltă în strânsă dependenţă cu una dintre cele mai presante întrebări în lumea fizicii contemporane, cea legată de materie şi antimaterie, aflate în proporţii egale în Univers. Această simetrie s-a stabilit cu foarte puţin după Big Bang şi este luată în considerare în seria cauzelor profunde pentru care ar putea exista diferenţe şi între polii electronuluil", a detaliat profesorul Eric A. Cornell.

Concentrarea, cheia obţinerii excelenţei în cercetarea românească
Studiile la nivelul electronului, şi în general dezvoltarea cercetărilor în universul sub-atomic se bazează pe tehnologii cu lasere din seria celor de diametre mici, definite de diverse capacităţi în variabilele de energie şi frecvenţă a pulsurilor. „Orice intervenţie la nivel atomic se face cu ajutorul laserelor. Folosim lumini foarte puternice şi foarte riguros controlate atât din punct de vedere al intensităţii, cât şi al undei sau al direcţiei, ca să împingem, să ridicăm, să măsurăm atomii, să le imprimăm viteză, să-i încetinim... Pentru unele experimente am folosit combinaţii de opt lasere diferite, care au costat, în total, probabil cam un milion de dolari. Dar totul vine înapoi. Deoarece fotonul, care este unitatea luminii, interacţionează cu atomul într-un mod pe care îl înţelegem foarte bine, aşa că putem folosi fotonii atât pentru a măsura atomul, cât şi pentru a-l manipula”, a explicat Eric A. Cornell. În aceste condiţii, o întrebare ar fi dacă există vreo posibilitate de colaborare cu experţii care pun la punct laserul ELI-NP în România. „Cunosc proiectul de la Măgurele, dar scopurile acestui laser sunt departe de domeniile mele de cercetare. Laserul de la Măgurele şi-a câştigat faima internaţională pentru meritul de a fi unul dintre cele mai intense din categoria sa, un laser foarte puternic, cu o pulsare foarte mare. În cercetările mele am nevoie, pentru o perioadă foarte lungă de timp, de un control precis, de aceea laserele pe care le utilizez sunt de o magnitudine incomparabil inferioară. Sunt, însă, foarte mândru şi interesat de România, de oamenii care lucrează la acest proiect îndrăzneţ, şi este doar o întâmplare că nu face parte din preocupările mele”, a precizat Eric A. Cornwell.

Proiectul ELI-NP este unul dintre exemplele notabile ale cercetării româneşti, alături de performanţele individuale ale altor personalităţi ale lumii ştiinţifice, precum profesorul Alex Nicolin, expert în dinamica fluidelor, unul dintre foştii studenţi ai fizicianului american. Vorbind în general despre comunitatea cercetătorilor din România, profesorul Eric Cornell a adăugat că apreciază munca şi rezultatele excepţionale ale acestora şi că, dacă ar fi să dea un sfat mediilor academice locale, ar fi ca acestea să ţină seama de faptul că activitatea de cercetare presupune atingerea unei mase critice de specialişti într-un domeniu specific, un grup care să fie capabili să genereze propriile curente de gândire. În aceste condiţii, România fiind o ţară mai mică, nu poate fi atinsă o masă critică dacă oamenii de ştiinţă sunt împărţiti în centre diferite. Prin urmare, cercetătorii ar trebui încurajaţi să exploreze anumite domenii, arii care să reunească talentele şi concentrarea, pentru a atinge rezultate de excelenţă.