w rozmowie z dr. Patrykiem Jasikiem

Rozpędzony walec badawczy
Rozmowa z dr inż. Patrykiem Jasikiem z Katedry Fizyki Teoretycznej i Informatyki Kwantowej na
Wydziale
Fizyki
Technicznej
i
Matematyki
Stosowanej
Politechniki
Gdańskiej.
Dr Jasik należy do zespołu badawczego biorącego udział w projekcie XLIC.
Izabela Biała: Co dzisiaj naukowcy "potrafią zrobić" z atomami i molekułami. A co chcieliby
potrafić?
Dr inż. Patryk Jasik: – Udaje się już monitorować i kontrolować reakcje chemiczne za pomocą impulsów
światła, na razie w małych układach dwu-, trójatomowych. W dużych układach jesteśmy w stanie
kontrolować przepływ ładunku w molekule. Możemy spowodować, że elektron, czy jakikolwiek inny
ładunek, będzie przesuwał się w odpowiedni sposób w molekule poprzez chmurę elektronową.
Zmieniając rozkład ładunku, jesteśmy w stanie zmienić właściwości molekuły, możemy również zmienić
jej kształt geometryczny, co także wpływa na jej właściwości.
Generalnie chodzi o to, żeby móc zrozumieć, monitorować i kontrolować dynamikę elektronów i jąder
atomowych w małych i dużych molekułach. Spróbować okiełznać tę dynamikę. Jeśli to się uda, jeśli
będziemy potrafili tworzyć i niszczyć wiązania chemiczne w sposób całkowicie kontrolowany, w
przyszłości będziemy mogli wykorzystywać tą umiejętność w nieskończonej liczbie różnych obszarów
techniki, technologii, nauki, medycyny.
Badania będą trwały jeszcze wiele lat, ale tylko w ciągu ostatnich sześciu lat, od kiedy PG uczestniczy w
projekcie, widzę jak duży postęp został osiągnięty.
-15
Czas – femtosekunda (10
-10
s), rozmiar – angstrem (10
m)... Trudno sobie wyobrazić, że człowiek
może prowadzić badania na poziomie takich "mikrojednostek".
– Dla człowieka sekunda to już jest mało, a proszę sobie podzielić sekundę przez jedynkę i piętnaście zer
– z takimi czasami poruszają się względem siebie jądra atomowe w molekułach, elektrony poruszają się
-18
jeszcze szybciej, w czasach rzędu 10
sekundy. Dodatkowo mamy jeszcze potężne różnice wagowe:
jądro atomowe może być cięższe od elektronu tysiące razy. Porównując: jedna "kulka" waży tonę, a
druga kilogram. Wszystkie elementy współgrają ze sobą. Są naładowane elektrycznie, więc dodatkowo
oddziałują ze sobą. To wszystko porusza się bardzo, bardzo szybko i w dodatku w różnym tempie.
Kontrola wszystkich składowych molekuły jednocześnie, przy różnych rozdzielczościach czasowych,
zebranie wszystkich elementów w jedną spójną całość jest bardzo trudne.
Uczestnicy grantu XLIC podzieleni są na trzy główne grupy robocze. Jakie jest zadanie zespołu z
PG?
– Ja należę do grupy, która bada małe molekuły: dwuatomowe i trójatomowe. Analizujemy w jaki sposób
impulsy laserowe wpływają na rozpad (fotodysocjację) lub tworzenie się (fotoasocjację) molekuł i czy
możemy kontrolować te procesy w dowolny sposób. Grupa dr Marty Łabudy bada biomolekuły i dynamikę
transferu ładunku w tych układach. Grupa dr Pawła Sytego rozpoczęła niedawno badania związane z
nanocząstkami złota, a dr Julien Guthmuller osiąga olbrzymie sukcesy w dziedzinie spektroskopii
ramanowskiej. Na PG zajmujemy się czysto teoretycznymi obliczeniami, które są podstawą prac
doświadczalnych dla innych grup badawczych.
W Grupie Kontroli Reakcji Chemicznych, do której należę, zasadniczo chodzi o to, żeby odkrywać nowe
sposoby kontroli różnych reakcji, żeby w taki sposób dostosowywać impulsy laserowe, by w jak
najbardziej efektywny sposób kontrolować te reakcje, na początek przynajmniej wybiórczo. Przykład
molekuły, którą zamierzamy badać – Na2Li. W zależności od użytego impulsu laserowego możemy
zdysocjować ją na dwa sposoby: NaLi + Na albo Na2 + Li. Jeżeli zbiór parametrów tego impulsu dobiorę
w odpowiedni sposób, będę w stanie kontrolować dysocjację uzyskując jeden lub drugi kanał
dysocjacyjny. Jeżeli będziemy już w stanie uzyskać założony wynik na tak niskim poziomie, trzeba wejść
na wyższy poziom – molekuły składającej się z 10 atomów, a to już może być biomolekuła, która jest
składnikiem łańcucha DNA.
Czy kontrola łańcucha DNA to pieśń przyszłości?
– Nie, badania nad DNA toczą się równolegle. W badaniach nad łańcuchami DNA napotyka się mnóstwo
problemów, ponieważ naturalnie występują one tylko w roztworach. Omówioną przykładową molekułę
Na2Li można stworzyć w fazie gazowej, DNA w fazie gazowej nie istnieje. Zrozumienie tego, co dzieje się
po oświetleniu układu promieniowaniem laserowym, które musi przejść przez roztwór zanim dotrze do
łańcucha DNA, wymaga ogromnej liczby doświadczeń.
A jak wygląda sprawa dostępności do laserów działających na swobodnych elektronach w
projekcie XLIC?
– Na świecie są trzy takie lasery: w Niemczech, w Stanach Zjednoczonych i w Japonii. Do Gdańska
przyjadą uczestnicy grantu, którzy pracują z laserem w Hamburgu w Laboratorium Desy.
W jakim celu organizowane są coroczne spotkania badaczy z XLIC?
– Projekt jest wielopłaszczyznowy, co oznacza, że w jego ramach prowadzone są bardzo różnorodne
badania i często nie ma możliwości zapoznać się szczegółowo z ich wynikami. Oczywiście na bieżąco
wymieniamy się informacjami, jeśli któraś grupa opublikuje wyniki badań umieszcza je od razu na
dedykowanym forum. Ta wymiana informacji, wiedzy, doświadczenia, technologii jest tak olbrzymia, że
przypomina rozpędzony walec. Raz do roku spotykamy się, żeby przedstawić, co się udało zrobić. W
zeszłym roku, po raz pierwszy, zebraliśmy się w Madrycie, ponieważ Uniwersytet Madrycki jest
koordynatorem głównym XLIC. W tym roku spotykamy się w Gdańsku. To dla nas naprawdę duże
wyróżnienie, że możemy uczestniczyć w takich dużych badaniach razem z czołówką nauki europejskiej i
że kolejne roczne spotkanie odbędzie się u nas.
Czy uczestnicy grantu spotykają się osobiście tylko raz do roku?
– Są też spotkania grup roboczych, ja byłem wiosną w Birmingham na spotkaniu grupy nr 3 , dr Marta
Łabuda była na spotkaniu grupy nr 1 w Cayenne. Poza spotkaniami w grupach, realizowane są również
krótkie staże naukowe (STSM), co oznacza, że naukowcy z różnych ośrodków współpracujących w
ramach XLIC jeżdżą do siebie, wymieniają się doświadczeniami, razem publikują i badają razem różne
zagadnienia.