- Kuo ypatinga ir reikšminga šių metų Nobelio fizikos premija?
- Šitas darbas yra tarpdisciplininis. Jis susieja optiką su kvantine fizika. Faktiškai tai yra kvantinės optikos darbas. Jame panaudojamos ir atominių dalelių technologijos, ir optinių fotonų technologijos.
Mokslinio naujumo prasme reikšmingiausi eksperimentiniai metodai, kuriuos išrado S. Haroche'as ir D. Winelandas. Jie leidžia zonduoti atskirus atomus ir atskiras kvantines būsenas, jų netrikdant. Mat kvantiniame pasaulyje yra taip, kad kiekvienas matavimas arba įsikišimas į kvantinių dalelių gyvenimą sutrikdo jų kvantines savybes. Todėl eksperimentuoti su kvantine fizika yra labai sunku, praktiškai neįmanoma.
S. Haroche'as ir D. Winelandas sugebėjo atrasti būdus, kaip izoliuoti kvantines daleles nuo išorinio pasaulio ir jas matuoti, tyrinėti, netrikdant jų kvantinių savybių.
- Ar įmanoma paprastais žodžiais paaiškinti, kaip tas daleles izoliuoti, kad jas matuojant neišsikreiptų duomenys?
- S. Haroche'as įleido mikrobangų fotonus tarp dviejų veidrodžių, į vadinamąjį mikrorezonatorių. Tie veidrodžiai – nepaprastai didelio atspindžio, absoliučiai atspindintys. Jie uždėti ant labai žemos temperatūros padėklų. Šie superlaidūs veidrodžiai praktiškai neabsorbuoja, nesugeria fotonų, jų energijos, ir niekaip jų netrikdo. Fotonai skraido tarp veidrodžių pirmyn ir atgal labai didelį atstumą. Tas atstumas per visą eksperimento laiką prilygsta atstumui aplink Žemės rutulį.
Tokioje optinėje gaudyklėje – taip ją galima vadinti – fotonai laksto, ir į ją yra injektuojami atomai – vadinamieji Rydbergo atomai, kurie yra gana dideli, jų matmenys tūkstantį kartų didesni už paprastų atomų matmenis. Rydbergo atomai, sąveikaudami su mikrobangų fotonais, pakeičia savo fazines charakteristikas. Pagal tai galima spręsti apie sąveiką su fotonais – kitaip sakant, tuos fotonus galima suskaičiuoti.
Toks optikos – fotonų – suderinimas su atomais įgalina išspręsti šitą uždavinį, netrikdant tyrinėjamų dalelių savybių. Vienos dalelės tyrinėja kitas daleles.
- Ar dideliu genijumi fizikoje reikia būti, kad sugalvotum tokį dalyką? Kodėl kiti fizikai nesugalvojo šitaip išspręsti eksperimentavimo klausimo?
- Prie šitų eksperimentų buvo einama žingsnis po žingsnio. Prieš keletą metų ankstesnės Nobelio premijos buvo suteiktos už labai panašius darbus – dalelių optinį gaudymą, optines gaudykles, kurios buvo kuriamos, pasitelkiant didelio stabilumo lazerius. Šitaip tos dalelės būdavo sugaunamos. Tose optinėse gaudyklėse, pasitelkiant papildomus tinkamo dažnio lazerius, atomai būdavo atšaldomi – kitaip sakant, kvantinis objektas pervedamas į pačią žemiausią energinę būseną, kurioje galima jį tyrinėti.
Negana to, pasitelkiant lazerį, tas daleles galima atšaldyti iki nanokelvinų temperatūros, netoli absoliutaus nulio. Tokia dalelė praktiškai nebeturi jokio energijos pertekliaus, ir jos virpesiai yra nepaprastai harmoningi. Skaičiuojant tuos virpesius, galima labai tiksliai matuoti laiką.
S. Haroche'o ir D. Winelando darbe kaip vienas iš praktinių privalumų yra akcentuojamas labai tikslaus laiko matuoklio, arba laikrodžio, sukūrimas. Toks laikrodis gerokai tikslesnis, nei joninis cezio laikrodis.
D. Winelandas darbe panaudojo ne mikrobangas, o lazerį, kurio elektromagnetinių bangų dažnis – šviesos virpesių dažnis – yra tūkstantį kartų didesnis už mikrobangų dažnį. Laiko skaičiavimo tikslumas tampa tūkstančius kartų didesnis, nei naudojant mikrobangas. Taigi, lazeriai čia suvaidino labai svarbų vaidmenį.
- Ar lazerių optikos ir atomo fizikos samplaika fizikoje yra kaip skirtingų paradigmų samplaika, savotiškas akibrokštas ankstesnio mokslo atžvilgiu?
- Akibrokštas įvyko tada, kai buvo įvesta kvanto sąvoka ir kvantinės mechanikos postulatai, kai N. Bohras, M. Planckas, E. Schrodingeris pasakė, kad kvantiniame pasaulyje vyksmai vyksta visai kitaip, nei makropasaulyje, ir galioja visai kiti fizikos dėsniai. XX a. pradžioje tai šokiravo visą fizikos pasaulį. Tai buvo revoliucija, ir visi susitaikė, kad makropasaulyje veikia vieni dėsniai – Newtono, Maxwello dėsniai, o mikrodalelių pasaulyje – kitokie dėsniai.
Dabar nėra vienijančios teorijos, kuri suvienytų mikropasaulį su makropasauliu. Tyrinėti mikropasaulį eksperimentiškai kur kas sunkiau, nei makropasaulį. Šita Nobelio premija kaip tik ir rodo, kad intensyviai dirbant ir ieškant naujų metodų, panaudojant naujausius kvantinės optikos pasiekimus, ypač lazerius, galima įsiskverbti gana giliai į kvantinį pasaulį ir atrasti tokias jo savybes, kurios anksčiau nebuvo žinomos.
- Pavyzdžiui, kokias savybes?
- Vienas iš tokių dalykų – susietosios arba supintosios būsenos. Tai būsena, kai kvantinė dalelė vienu metu yra dviejose būsenose, gali būti vienu metu ir čia, ir kažkur kitur. Iš tikrųjų tai dvi susietos dalelės. Tos dalelės gali būti labai dideliu atstumu viena nuo kitos, bet jos viena kitą jaučia ir sudaro bendrą visumą.
Tai sudaro pagrindą kurti naujos kartos kvantinius kompiuterius, kurių greitis ir skaičiavimo galia būtų tūkstančius kartų didesni už klasikinius kompiuterius, kuriuos mes naudojame šiandien.
- Ar daug laiko praeis, kol tokie kompiuteriai pasieks vartotojus?
- S. Haroche'o ir D. Winelando darbą labiau vertinčiau kaip fundamentinį – pamatinį darbą, rodantį principus, kaip galima tyrinėti kvantines sistemas. Bet iš tų fundamentalių metodų išteka ir visiškai nauji rezultatai. Pažindami kvantines sistemas, mes gimdome naujas idėjas - apie laiko skaičiavimo tikslumo didinimą, apie kompiuterių spartos padidinimą, informacijos kaupimo praplėtimą, didžiulį šuolį informacijos kaupiklių talpoje, informacijos apdorojimo spartoje.
Bet tos dienos, kai nuėję į parduotuvę galėsime nusipirkti kvantinį kompiuterį, teks dar gerokai palaukti. Fizikai turės gerokai padirbėti, kol S. Haroche'o ir D. Winelando atlikti eksperimentai taps realiais jų pagrindu pagamintais prietaisais.
Optinės gaudyklės, kokios rūšies jos bebūtų, visos yra didelių gabaritų. Jų nepalyginsi su mikroskopiniu elektroninių lustų elementu, kuris yra šiuolaikinių kompiuterių pagrindas. Tai gremėzdiškos sistemos, naudojamos kaip eksperimentinis pavyzdys laboratorijose.
Bet pirmieji elektroniniai kompiuteriai taip pat buvo didžiulių matmenų. Prisimenu, kai Fizikos institutas aštuntojo dešimtmečio pradžioje vienas iš pirmųjų Lietuvoje nusipirko elektroninę skaičiavimo mašiną. Ji užėmė kelių šimtų kvadratinių metrų ploto patalpą. O šiandien mes jau turime delninius kompiuterius, planšetinius kompiuterius, kurie yra visiškai ploni, mažyčiai, ir atlieka fantastiškus dalykus, turi terahercines skaičiavimo spartas su terabitų informacijos kaupikliais.
Kai suprantamai parodomi ir patvirtinami nauji principai, belieka juos įgyvendinti praktikoje – tai inžinierių, technologų reikalas. O jeigu su tuo dar susijęs ir komercinis interesas, yra investuojama į šitų prietaisų kūrimą, tada technologijos vystosi labai greitai.
- Ar tiesa, kad vienas iš šių Nobelio premijos laureatų yra dirbęs Lietuvoje?
- S. Haroche'as yra lankęsis Vilniuje, vienoje iš lazerių taikymo atomo branduolio fizikoje mokyklų. Tokios mokyklos Vilniaus Universitete buvo rengiamos nuo 1978 m. kas trejus metus. Į jas atvažiuodavo daug iškilių ne tik tuometinės Sovietų Sąjungos, bet ir užsienio – JAV, Prancūzijos ir kitų šalių – mokslininkų. Jie čia skaitydavo paskaitas. Taip mūsų mokslininkai palaikydavo mokslinius ryšius su pasauliu. Su S. Haroche'u man teko matytis daugelyje tarptautinių konferencijų kvantinės optikos, lazerių fizikos klausimais.
- Lietuva garsėja savo lazeriais – ar yra šansų, kad kada nors Nobelio fizikos premiją gautų mokslininkas iš Lietuvos?
- Mes, lietuviai, labai norėtume, kad kažkas iš Lietuvos mokslininkų būtų kada nors įvertintas Nobelio premija. Garsių mokslininkų mes turime. Bet pagrindinis trukdis yra tai, kad Lietuva – maža valstybė, ir mokslinės investicijos šioje valstybėje yra nepakankamos. Mūsų ištekliai yra pernelyg maži, kad diegdami savo idėjas galėtume prasiveržti tiek, jog visas pasaulis tą įvertintų.
Atskirose srityse mes turime labai stiprių darbų. Turime ne vieną mokslininką, kurio citavimo indeksas yra daugiau nei tūkstantis ar net keli tūkstančiai. O jeigu mokslininko darbai yra cituojami ne mažiau kaip tūkstantį kartų, jis pakliūva į Nobelio komiteto akiratį. Tai leidžia manyti, kad jeigu tiems mokslininkams seksis ateityje plėtoti savo idėjas ir jos bus pripažįstamos tarptautiniu mastu, tai gal kada nors ir Lietuva sulauks savo Nobelio laureato.
- Ko reikia, kad taptum Nobelio premijos laureatu?
- Tapti Nobelio premijos laureatu nėra paprasta. Turi būti tarptautinis pripažinimas, labai platūs tarptautiniai ryšiai, dalyvavimas tarptautiniuose konsorciumuose. Tai nėra vieno žmogaus individualus darbas. Kaip taisyklė, tai didelės mokslininkų grupės, kurios tarpusavyje labai tampriai bendradarbiauja, keičiasi idėjomis, rezultatais, dalinasi darbais, teoretikai dirba kartu su eksperimentatoriais. Žodžiu, reikalinga stipri mokslinė terpė, gerai finansuojama, remiama valstybės politikos.
Jeigu valstybės politika būtų nukreipta į tai, kad Lietuva turi prasiveržti vienoje ar kitoje srityje iki Nobelio premijos – manau, tai galėtų įvykti. Lietuvoje labai stiprios biotechnologijos, lazerinės technologijos. Šitose srityse yra mokslininkų, kurių darbai cituojami tūkstančius kartų. Tai rodo, kad šitų krypčių pripažinimas pasaulyje yra gana didelis. Mūsų darbus skaito, jais remiasi, nes jie originalūs, inovatyvūs. Reikia tik laiko ir stipresnio valstybės mokslininkų bei mokslinių darbų rėmimo.
Lietuvių mokslininkų žinomumą pasaulyje padeda stiprinti mūsų aukštųjų technologijų pramonė. Biotechnologijos pramonė dabar tiek sustiprėjusi, kad jos produktai žinomi visame pasaulyje, lygiai, kaip ir lazerinių technologijų.
Nacionaliniame standartų ir technologijų institute Kolorado universitete Boulderyje, JAV, kur dirba D. Winelandas, laboratorijoje yra naudojami lietuviški lazeriai. Nobelio premijos laureato institute naudojami „Pharos“ femtosekundiniai lazeriai yra sukurti daktaro Romualdo Danieliaus, kuris ilgą laiką dirbo Vilniaus Universitete, vėliau sukūrė galingą lazerių kompaniją „Šviesos konversija“. Šitos kompanijos produkcija žinoma visame pasaulyje.
D. Winelandas naudojo šiuos femtosekundinius lazerius, taip pat parametrinius lazerius „Topas“. Ši produkcija taip pat padeda formuoti pasaulyje nuomonę apie mokslinį valstybės lygį. Tai rodo, kad Lietuvoje mes turime mokslinį įdirbį, kuris išsilieja į aukštųjų technologijų pramonę.
