Synchrotron, maszyna do spełniania pragnień i fantazji naszych uczonych

Dlaczego Polska potrzebowała synchrotronu?
Bo potencjał badawczy, jaki niesie za sobą jest ogromny. W przyszłym roku mogą tu siąść trzy grupy badaczy naraz, pracować prawie całą dobę i wymieniać się co tydzień, dwa. Obecnie kilkuset polskich naukowców musi prowadzić badania za granicą. Ale nie jest tak, że za granicą czekają na nas z otwartymi ramionami. To kosztuje.

Ale konkretnie - po co on nam?
Uczony nie jest w stanie powiedzieć, jakie konsekwencje przyniosą jego badania. Einstein zaproponował tzw. emisję wymuszoną, pojęcie nieznane. Dopiero później inni fizycy postanowili sprawdzić, co z tego wynika i dzięki temu mamy dziś lasery. Ale jakby pani wtedy spytała Einsteina, co będziemy z tego mieli, to na pewno nie powiedziałby, że odtwarzacze CD. Musimy się przyzwyczaić do tego, że naukowiec nie od razu ma wizję zastosowań jego badań. Jego teoria, propozycja rozchodzi się, otwiera nowe pytania, przychodzą następni, którzy analizują, jakie są tego konsekwencje i jeszcze następni, którzy sprawdzają, jak to wykorzystać.

Jakie odkrycie dzięki promieniowaniu synchrotronowemu było przełomowe?
Na przykład w 2009 roku przyznano Nobla w dziedzinie chemii za badania nad strukturą i funkcją rybosomu. Dzięki temu powstała zupełnie nowa dziedzina nauki - badania struktury białek. Ma to kluczowe znaczenie dla rozumienia podstaw życia! Samo to, że wiemy jak jakaś struktura wygląda, to już ogromny przełom. A możemy pójść jeszcze dalej i zacząć się nią „bawić”, modyfikować.

Z jednej strony można tu dokonywać odkryć z medycyny, chemii, fizyki, a z drugiej z historii sztuki. Jak to się dzieje?
Dzięki promieniowaniu możemy zobaczyć warstwy obrazu, skład pigmentu, dokonać bardzo dokładnej analizy składu pierwiastków. Widzimy np., że na obrazie kolor biały to biel tytanowa, więc od razu wiemy, że obraz nie mógł powstać przed XX wiekiem, bo dopiero wtedy ona w ogóle się pojawiła.

Od początku wiedzieliście, że centrum będzie miało nazwę SOLARIS?
Decyzja zapadła dość wcześnie. Oprócz nawiązania do Słońca, Solaris to tytuł słynnej powieści science fiction Stanisława Lema, a to właśnie w tej sferze leżał na początku ten projekt. Dziś to prawdziwy cud techniki. Synchrotron jest uznawany na świecie za ogromny polski sukces, a ta nazwa dobrze funkcjonuje na arenie międzynarodowej.

Skoro o Słońcu mowa - światło synchrotronu jest od niego miliard razy mocniejsze. Jak to się dzieje?
Światło synchrotronowe jest emitowane przez elektrony rozpędzone do prędkości światła, które zmieniają kierunek swojego ruchu w polu magnetycznym. To pole magnetyczne wytwarzają elektromagnesy. Mamy na razie dziesięć źródeł tego promieniowania. To takie wyjątkowe latarki, którymi możemy zaglądnąć w głąb materii.

Co to daje badaczowi?
Może wybrać sobie dokładną energię fotonów, którym naświetli swoją próbkę, a następnie zobaczyć, jak ta próbka reaguje.

Dla laika rzeczywiście to science fiction...
Każdy z nas jest zanurzony w morzu promieniowania elektromagnetycznego, które jest wszędzie. Znajomość tego, jak ono na nas oddziałuje, jest bardzo istotna. Wiemy, że reagujemy na promieniowanie ultrafioletowe, bo opalamy się. A gdy jest go za dużo, powoduje szkody w naszych tkankach. To przykład bardzo blisko naszego życia - nie musimy mieć do tego synchrotronu, ale w innych obszarach nie mamy źródeł promieniowania, które umożliwiają takie badania.

Na przykład?
Mechanizm powstawania dziury ozonowej został zdiagnozowany w wyniku badań promieniowaniem synchrotronowym. Freony, które dostają się do zewnętrznej warstwy atmosfery rozpadają się pod wpływem promieniowania dochodzącego z kosmosu, nie ma tego na Ziemi.

Czy próżnia, która jest w pierścieniu synchrotronu jest taka jak w kosmosie?
Tak, prawie taka sama.

Ile razy elektrony okrążają pierścień?
Trzy miliony razy na sekundę.

A ile okrążeń trzeba do zbadania jednej próbki?
To zależy od tego, ile fotonów potrzeba do zajścia reakcji. Niektóre pomiary mogą trwać parę sekund, inne kilka dni.

Ile będzie kosztował taki jeden pomiar?
Dążymy do tego, żeby polskie grupy badawcze nie płaciły za to. Finansowanie działalności Solarisa powinno być zapewnione z budżetu państwa. Staranie się o granty to droga naokoło, bo instytuty naukowe, uczelnie wyższe też są przecież z niego finansowane. Wychodzi na to samo, a nie powinniśmy komplikować życia naukowcom, którzy w ostatnich czasach w 90 proc. zajmują się sprawozdawczością i administracją. Naprawdę nie pozostaje im wiele czasu na nowe pomysły, idee.

Będą tu się odbywały badania komercyjne? Koncern Cadbury kilkanaście lat temu zlecił na synchrotronie badania nad procesem produkcji czekolady.
To nie jest główny cel, ale owszem, taki scenariusz jest bardzo pożądany. Dzięki badaniom na synchrotronie firma może uzyskać wiedzę, jaka energia fotonów jest potrzebna do ulepszenia swojego produktu lub stworzenia nowego. Odkryć nową technologię czy nowe materiały, w tym nowe leki! Przykład z czekoladą przemawia do wyobraźni, ale marzymy o bardziej przełomowych odkryciach.

Ile w Europie jest synchrotronów?
Kilkanaście liczących się, a na świecie około 30. Statystykę tę można rozszerzyć, ale niektóre ośrodki są bardzo małe albo mają małe możliwości badawcze. Synchrotron synchrotronowi nierówny.

Jaki jest nasz na tle innych?
Jest wyjątkowy. Jeśli chodzi o jego moc, to średnia klasa, ale światło ma znakomite parametry. Unikalna, po raz pierwszy zastosowana technologia szwedzka, według której był budowany, jest przedmiotem zainteresowania na całym świecie, wydaje się przyszłością.

Słynny Wielki Zderzacz Hadronów w szwajcarskim CERN-ie to też synchrotron?
Tak, ale nie jest wykorzystywany w celu emisji promieniowania elektromagnetycznego. Jest zrobiony po to, żeby przyspieszyć cząstki, a potem je z sobą zderzać. To hadrony, a nie elektrony.

CERN zatrudnia 3 tys. osób, a Solaris?
40, a zaczynaliśmy od pięciu osób. Z konieczności, bo budżet był niesamowicie mały. To mistrzostwo świata, że doszliśmy do wszystkiego za takie pieniądze.

Przecież to 200 milionów złotych!
Czyli tyle, co pięć kilometrów autostrady. Oczywiście autostrada jest bardzo potrzebna, ale powinniśmy wszyscy zrozumieć, że Polskę powinno być stać na inwestycję w infrastrukturę badawczą. Powinniśmy być z tego dumni, że dołączamy do światowej czołówki krajów stawiających na innowacyjność i doceniających rolę badań naukowych.

Synchrotron stwarza jakieś zagrożenie?
Absolutnie nie. Żaden wybuch nam nie grozi.

***

Narodowe Centrum Promieniowania Synchrotronowego SOLARIS (jednostka międzywydziałowa Uniwersytetu Jagiellońskiego) zbudowało w Krakowie pierwszy w Polsce synchrotron. To nowoczesne multidyscyplinarne urządzenie badawcze generujące promieniowanie elektromagnetyczne - od podczerwieni aż do promieniowania rentgenowskiego, które otworzy nowe możliwości w dziedzinach nauki takich jak: biologia, chemia, fizyka, inżynieria materiałowa, medycyna, farmakologia, geologia czy krystalografia.