Va putea omenirea să stăpânească virusurile, să elimine poluarea şi să prezică dezastrele naturale? Pentru răspunsuri la aceste întrebări, este nevoie de studierea în profunzime a materiei de pe Terra, iar uşa spre detaliu sunt razele X produse cu ajutorul sincrotroanelor din întreaga lume.
Un tânăr cercetător român, Andrei Flueraşu, ne explică trecutul, prezentul şi viitorul celui mai mare şi performant sincrotron, "European Synchrotron Radiation Facility", de la Grenoble, Franţa.
Mii de ani, omul a putut vedea lumea numai la scară macroscopică. Deşi conceptul de atom există din antichitate, abia în secolul al XX-lea omul a avut şansa de a studia materia la scară atomică. Pentru a observa aceşti atomi, ale căror dimensiuni se măsoară în zecimi de nanometru, ai nevoie de un altfel de "lumină", cu o lungime de undă mult mai mică (de ordinul distanţelor dintre atomi). Acestea sunt razele X, descoperită de Rontgen în 1895.
De la ciclotron la sincrotron
Dar de ce avem nevoie de un sincrotron? De ce nu folosim un aparat cu raze X cum sunt cele din spitale? Lumina produsă de un sincrotron constă în raze X foarte puternice. Fasciculul de raze X de aici este foarte îngust şi deosebit de intens. În comparaţie cu aparatul de spital, sincrotronul produce fascicule de raze X de mii de ori mai strălucitoare.
Primele acceleratoare, ciclotroanele, au fost construite în anii 30. Nucleul atomului a fost divizat prin coliziunea particulelor cu energii mari. Astfel, fizicienii au dedus legile fizicii fundamentale, care guvernează întregul Univers. Sincrotronul este chiar mai performant decât un ciclotron. Radiaţia sincrotronică, fasciculele de raze X foarte intense au fost produse pentru prima dată în Statele Unite, în 1947.
România, acces dificil la sincrotron
"Din păcate, România nu este stat-membru al ESFR, iar cercetătorii care nu lucrează în state membre trebuie să-şi acopere costurile din fondurile proprii de cercetare", spune Andrei Flueraşu, care a lucrat timp de cinci ani la sincrotronul de la Grenoble, iar acum este la Brookhaven National Laboratory (SUA), revenind la Grenoble pentru diverse experimente.
Sincrotronul francez a fost construit în 1988. În prezent, 19 ţări europene participă la proiect, având diverse contribuţii. Franţa şi Germania contribuie cu cele mai mari sume, urmate de Italia, Marea Britanie, Spania, Elveţia şi Ţările de Jos (Belgia şi Olanda au un fond comun de participare). De fapt, acest fond comun este preferat şi de alte state, cum sunt ţările nordice (Norvegia, Suedia, Danemarca şi Finlanda contribuie cu 4% din costurile anuale).
"Polonia are o contribuţie de 1% la costurile operaţionale ale laboratorului, iar Ungaria, împreună cu Republica Cehă şi Slovacia, contribuie cu 1.05 %. Această contribuţie, relativ modestă, le permite cercetătorilor care au propuneri acceptate de comisiile de selecţie să călătorească la Grenoble şi să locuiască în casa de oaspeti a laboratorului pe durata experimentului. Este o ocazie unică pentru cercetători care lucrează în ţări mai sărace să aibă acces la un laborator de prim rang", spune domnul Flueraşu. În cei cinci ani petrecuţi la Grenoble, dânsul a observat că România a avut o singură propunere de cercetare.
Cei câţiva români care vin acolo pentru experimente reprezintă instituţii de cercetare din alte state ale lumii.
Uzină de cercetare, bună în orice domeniu
Sicrotronul de la Grenoble conţine 42 de staţii de cercetare şi va avea parte de o fază de dezvoltare a infrastructurii existente. Nu în sensul că vor fi mai multe staţii, ci că unele dintre acestea vor fi mai performante.
"Vor fie construite "beamline-uri", linii de lumină, pentru a obţine fascicule de raze X extrem de intense, cu 12 ordine de mărime mai intense decat cele obţinute de la o sursă de laborator, sau într-un aparat de radiografie la spital", spune Flueraşu.
Noile facilităţi sunt aşteptate de fizicieni, chimişti, biologi, ingineri şi chiar de arheologi şi geologi din întreaga lume. Pentru că intensele raze pot scoate la iveală atât legăturile dintre diverse virusuri mortale, cât şi componenţa unui gel sau a unei pudre de machiaj găsite într-un mormânt egiptean.
De aceea, pe lângă cei 600 de oameni care lucrează permanent la ESFR, alţi 6.000 trec anual pe la Grenoble pentru experimente din diverse arii ştiinţifice.
Dezvoltarea ESFR va viza păstrarea la Grenoble a statutului de cel mai performant sincrotron din lume, principalii concurenţi fiind "Advanced Photon Source" (APS) din SUA şi Spring-8 din Japonia. Nu este însă o ambiţie surdă, scopul fiind ca marile cercetări ale lumii să aibă loc la Grenoble, fapt care le-ar aduce beneficii uriaşe marilor state care contribuie la costurile sincrotronului.
ESFR Grenoble şi CERN Geneva, comun şi diferit
În timp ce Marele Accelerator de Hadron (LHC) de la Geneva şi-a propus descoperirea "particulei lui Dumnezeu", la Grenoble au loc aplicaţii dintr-un câmp ştiinţific foarte larg.
Domnul Flueraşu explică: "Aplicaţiile sunt numeroase şi acolo (n.r. la Geneva), dar se poate considera că scopul principal care a motivat construcţia celebrului LHC este descoperirea "bozonului Higgs", singura particulă elementară prezisă de "Modelul Standard" care nu a fost încă descoperită experimental. Într-un sincrotron, aplicaţiile sunt de mai "mică anvergură", dar distribuite uniform, într-un larg spectru de domenii ştiinţifice. Nu avem un "bozon Higgs" de descoperit, dar avem o multitudine de experienţe "mai mici", foarte interesante şi importante".
Iată câteva dintre acestea, prezentate pe scurt:
Biologie structurală - "Studiul structurii proteinelor cu scopul de a înţelege legăturile dintre structura la nivel atomic şi funcţiile biologice pe care le îndeplinesc a fost şi rămâne un domeniu de importanţă primordială la ESRF si alte sincrotroane". Un exemplu de renume este descifrarea structurii tridimensionale a ribozomului, care le-a adus indianului Venkatraman Ramakrsishnan, americanului Thomas A. Steitz şi cercetătoarei israeliene Ada E. Yonath premiul Nobel pentru chimie, în 2009. Cei trei au făcut descoperirea folosind aparatura de la ESFR şi cea de la APS.
Ribozomul este o particulă citoplasmatică de mici dimensiuni, formată din proteine şi acizi ribonucleici, cu un rol deosebit de important în biosinteza plantelor şi în transmiterea caracterelor ereditare.
Ştiinţele vieţii - A ştii mai multe despre degradarea ADN-ului ar fi un uriaş pas înainte pentru biologia cancerului şi ar avea implicaţii în numeroase alte câmpuri ale medicinei. Folosind dotările existente, cercetătorii de la ESFR au studiat structura proteinelor implice în repararea ADN.
La Grenoble, s-a stabilit o serie de asemănări între gripa aviară din urmă cu câţiva ani şi celebra gripă din 1918, care a făcut 20 de milioane de victime în întreaga lume.
300 de milioane de oameni au avut de suferit din cauza malariei. Parazitul, numit Plasmodium, foloseşte o proteină specială pentru a se ataşa celulelor de sânge şi le penetrează, pentru ca apoi să se multiplice. Dacă se va stabili exact cum se "lipeşte" parazitul de celule, atunci putem găsi un medicament excelent pentru a preveni boala.
Nanotehnologie. Aici aplicaţii sunt numeroase, un exemplu fiind studierea proprietăţilor cristalelor lichide de provenienţă organică. Acestea ar putea fi folosite pentru fabricarea unui nou tip de panou fotovoltaic, flexibil şi mult mai eficient. Astăzi, celulele solare ce compun panoul sunt din silicon, care este mai puţin eficient şi flexibil faţă de cristalele lichide.
Fizica materialelor. Studiul zeoliţilor a arătat că, atunci când sunt încălziţi treptat, structura lor microporoasă se pierde şi formează un nou tip de sticlă, mult mai puternică decât cea obişnuită. Geamul perfect, de nespart, pare să fie o promisiune a viitorului.
Fizică şi chimie. Aici sunt cele mai multe aplicaţii, de la filmarea în detaliu a reacţiilor chimice şi studiul picturilor în ulei găsite în vechile peşteri budiste până la rezolvarea enigmei mingilor de foc, obiecte luminoaste care plutesc în aer. Oamenii de ştiinţă au reuşit, prin studiul cu ajutorul sincrotronului, să demonstreze că aceste mingi de foc sunt o plasmă formată din nanoparticule.
evz.ro
