Na sveučilišnom Odjelu za fiziku riječkog Sveučilišta lani je ustrojen novi doktorski studij fizike. To je drugi doktorski studij fizike u Hrvatskoj jer je do tada postojao samo u Zagrebu. Riječki se studij od zagrebačkog razlikuje i po tome što je na engleskom jeziku, odnosno izrazito je međunarodno orijentiran, te je cilj privući, ne samo domaće, nego i inozemne kandidate. Općenito je studij osmišljen da bude manje orijentiran na predavanja i nastavu, a više na znanstveno-istraživački rad i projekte. Krajem 2018. riječki je doktorski studij fizike ušao u međunarodnu interdisciplinarnu mrežu doktorskih studija IDPASC (International Doctoracte network in Particle physics, Astrophysics and Cosmology), a predstavnica Hrvatske u toj mreži riječka je znanstvenica i astrofizičarka izv. prof. dr. Dijana Dominis Prester.

– Prednost učešća u toj mreži je da time dodatno internacionaliziramo naš doktorski studij, a mogu ovom prilikom najaviti i da ćemo vrlo vjerojatno dobiti i organizaciju IDPASC međunarodne škole za 2020. Rijeka će tada biti i Europska prijestolnica kulture, te se nadamo da će nam stoga doći još veći dio predstavnika međunarodne znanstvene zajednice, posebice mladih ljudi s kojima ćemo moći uspostaviti i jaču suradnju, a što će onda dalje promovirati naš studij u međunarodnoj zajednici. Studenti koji su sad upisani na naš doktorski studij su domaći, a želimo da studij već od iduće godine izraste u pravi internacionalni. Interdisciplinarna mreža o kojoj govorimo objedinjuje astrofiziku, kozmologiju, fiziku elementarnih čestica i primjene u medicinskoj fizici, odnosno pokriva veliki dio područja koje pokriva i naš studij, što znači da postoji velika kompatibilnost koju ćemo nastojati iskoristiti, tumači Dominis Prester, koja je i voditeljica riječke grupe za astročestičnu fiziku. Riječki je tim za astročestičnu fiziku, kao što je poznato, uključen u rad međunarodnih kolaboracija i globalne projekte koji istražuju svemirska zračenja.

MAGIC i CTA 

– Detektiranje ekstrasolarnih planeta, za što sam na doktoratu stekla ekspertizu i čime sam se bavila niz godina, sada sam malo stavila u drugi plan, s obzirom da sam izrazito pojačala aktivnosti u području gama-astronomije. Trenutno nas je u našoj grupi za astročestičnu fiziku u Rijeci petero zaposlenih. Hrvatska je 2008. ušla u međunarodnu kolaboraciju MAGIC (Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov telescopes). To je eksperiment na La Palmi koji istražuje zračenje najviših energija koje dolaze iz svemira, odnosno gama zračenje. Uz MAGIC, ušli smo 2009. u kolaboraciju CTA (The Cherenkov Telescope Array) koja radi na izgradnji i dizajnu sličnog opservatorija, a i još puno većeg i moćnijeg, pri čemu će sjeverni biti na La Palmi, blizu MAGIC-a, a južni u Čileu. Naša se grupa tu posebno angažirala na izgradnji prototipa najvećeg teleskopa u CTA koji se zove LST (The Large Size Telescope). Naime, u LST-CTA kolaboraciju smo ušli 2015. na poziv voditelja koji su, poznajući naš rad u MAGIC-u, zaključili da bismo kao hrvatska grupa mogli biti od velike pomoći na konstrukciji LST-a. Stoga što se radi o sličnoj tehnologiji, te što se bavimo specifičnim istraživanjima atmosfere na La Palmi, pa poznavajući atmosferske uvjete možemo raditi bolje simulacije i plan opažanja novim teleskopom. Predstavljam hrvatsku grupu u kolaboraciji LST, odnosno članica sam Upravnog odbora za Hrvatsku. Specifično je doprinos riječke grupe u CTA fokusiran na Monte Carlo simulacije za koje koristimo superračunalo Bura. Dakle, Sveučilište u Rijeci bilo je u prilici dati na raspolaganje Buru kao korisnu infrastrukturu za izgradnju tog teleskopa. Teleskop LST-1 je svečano inauguriran prošle godine, krajem godine su napravljana prva mjerenja i sad radimo na njegovom osposobljavanju i testiranju. Zanimljivost je da smo dobili organizaciju sastanka LST-CTA kolaboracije u Rijeci koja će se tako u srpnju ove godine održati ovdje kod nas na Kampusu. Bit će to prvi sastanak kolaboracije na kojem će se prezentirati mjerenja na LST-u, te će se osim softwarea i hardwarea više diskutirati fizika koju radimo, ističe Dominis Prester, koja tumači da su na Odjelu dva zavoda: Zavod za teorijsku fiziku i astrofiziku, i Zavod za primijenjenu i eksperimentalnu fiziku. Međutim, dodaje, to što naša grupa na Zavodu za teorijsku fiziku i astrofiziku radi, to je u biti eksperimentalna, odnosno opažačka astrofizika.

– Opažačka astrofizika koristi teleskope, odnosno razne instrumente kojima mjeri zračenje iz svemira, i onda na osnovu tih mjerenja radi obradu i postavlja modele. Fizika koju radimo u sklopu MAGIC i CTA je uz to i eksperimentalna jer MAGIC i CTA nisu samo teleskopi, već su i složeni eksperimenti koji su bazirani na tehnologiji sličnoj onoj koja se koristi na CERN-u. To su astročestični eksperimenti koji objedinjuju tzv. Čerenkovljeve teleskope koji mjere zračenje koje se javlja u atmosferi prilikom upada čestica visoke energije. Za to je potrebno sagraditi eksperiment koji sadrži vrlo osjetljive foto-detektore koji mogu detektirati pojedinačne fotone. Taj sustav elektronike koja može bilježiti i vrlo brzo očitavati promjenjive signale, nemamo kod standardnih optičkih teleskopa. Sami teleskopi, sa svom pripadnom elektronikom, tako su ustvari složeni eksperimenti koji su kombinacija optičkih teleskopa i čestičnih eksperimenata, i koji se baziraju na detektorskoj tehnologiji i obradi i prijenosu vrlo velike količine podataka u realnom vremenu. Slična tehnologija se npr. koristi na CERN-u, kaže Dominis Prester. Kakvu vrstu informacija dobivamo putem tih teleskopa, pitamo.

Jako osjetljive oči 

– Elektromagnetsko značenje, uz svjetlo, obuhvaća i radiovalove, gama-zračenja, rendgenske zrake, mikrovalno zračenje… To je sve ista vrsta zračenja, samo se razlikuje po energiji odnosno frekvenciji. Neki dijelovi tog zračenja dopiru iz svemira do površine Zemlje, npr. optičko i radio zračenje. Zračenja visokih energija, ultraljubičasto, rendgensko gama i zračenje, srećom ne dopiru do površine zemlje jer je to ionizacijsko zračenje koje bi poubijalo sav život. Ono se zadržava, odnosno mijenja u višim slojevima atmosfere. Konkretno, kod visokoenergijskog gama-zračenja, to su najviše energije zračenja elektromagnetskog spektra koje se uopće stvaraju u svemiru. Možemo ih posredno bilježiti Čerenkovljevim teleskopima: kad gama-zraka uđe u atmosferu dolazi do njenog međudjelovanja s molekulama i ona se, kako je foton čestica, raspada na druge čestice. Znači prilikom interakcije s molekulama stvara se tzv. atmosferski pljusak gdje se jedna čestica raspada na druge čestice pa se onda te druge čestice raspadaju na neke nove, i ono što mi dobijemo na površinu zemlje je pljusak od puno čestica koji je proširen u odnosu na upadnu gama zraku (na nekih 8 do 10 km visine dolazi do stvaranja pljuska). Njena energija raspodjeli se na sve te čestice, pa je ono što dođe puno niže energije i zato za nas nije opasno. No, pritom se javlja Čerenkovljevo zračenje, plavičasto zračenje u optičkom području koje nastaje prilikom takvih atmosferskih pljuskova. Ono što onda možemo bilježiti pomoću Čerenkovljevih teleskopa je to slabašno plavičasto zračenje koje bismo, kada bismo imali jako osjetljivo oko, mogli i vidjeti noću. Takvih pljusaka ima puno, međutim toliko je malo tih fotona da ih ne vidimo i zato treba napraviti »jako osjetljive oči«, a to su naši teleskopi koji imaju jako veliku površinu zrcala pa onda prikupljaju puno fotona i kamere gdje je svaki piksel jedan cijeli veliki fotodetektor koji pojačava signal i onda doslovce može zapisati jedan jedini foton, tumači Dominis Prester. Na pitanje o primjeni, kaže da razvoj ovakvih tehnologija zahtijeva poznavanje fizike koja nam je bitna i u drugim aspektima života.

– Mi u Rijeci bavimo se proučavanjem oblaka i aerosolarne atmosfere, a primjena je moguća u području zaštite okoliša jer možemo karakterizirati atmosferu, mjeriti onečišćenje i gibanja u atmosferi. Također, jedna od važnijih primjena razvoja Čerenkovljevih teleskopa i gama-astronomije je primjena u medicinskoj dijagnostici. Konkretno, pet-skeneri za ranu dijagnostiku karcinoma razvijeni su zahvaljujući upravo razvoju detektora u gama-astronomiji. Odnosno, da nije bilo gama-astronomije, ne bi bilo ni pet-skenera. To je samo jedan od primjera kako fundamentalna istraživanja rezultiraju primjenom koja se unaprijed ne može ni predvidjeti. Općenito, čak oko 90 posto svjetskog BDP-a rezultat je kvantne fizike koja je dovela do razvoja brojnih tehnologija. Utemeljena je prije nešto više od sto godina, a rezultirala je potpunom promjenom poimanja strukture materije. Primjena fizike elementarnih čestica rezultirala je i world wide webom, bez kojeg mnogi više ne bi mogli zamisliti život. Dakle, temeljna istraživanja, za koja u prvom trenutku nemamo isplaniranu primjenu, dovedu do primjene koja je toliko žestoka da promijeni svijet, naglasila je Dominis Prester.

Hrvatska je nedavno službeno ušla u CERN, a Dominis Prester kaže da Rijeka u tome nije izravno sudjelovala, međutim, s obzirom da je MAGIC također pridružen CERN-ov eksperiment – budući da je dosta »preklapajućih« znanstvenika i tehnologije, nada se da će to imati pozitivne implikacije.

Budućnost u astročestičnoj fizici 

– Na Odjelu imamo dva znanstvenika koji su radili na CERN-u kao poslijedoktorandi, jedan od njih je sada u našoj grupi, kolega Saša Mićanović, a drugi je Darko Mekterović, voditelj Laboratorija za elementnu mikroanalizu na Odjelu za fiziku. Neki se znanstvenici odlučuju za ulazak u astročestičnu fiziku i zbog toga što očekujemo, da će ono što će se u budućnosti napraviti revolucionarno, donijeti upravo astročestični eksperimenti, a manje reaktorska fizika u akceleratorima koji su na zemlji. Jer da biste postigli sve veće i veće energije na kojima ćete otkrivati nove čestice, na Zemlji treba raditi sve veće i veće akceleratore koji jako puno koštaju, i troše puno energije. Na CERN-u koji je najveći i najjači na svijetu, došlo se na preko 10 teraelektronvolti, a da bi se išlo dalje, na znatno više energije, to bi zahtijevalo jako velika ulaganja. S druge strane, u svemiru imate procese koji stvaraju i sto puta veće energije što znači da ćemo čestice na tim vrlo visokim energijama, koje su još nepoznate, lakše naći u svemiru nego da ih idemo stvarati na zemlji. I zbog toga je važno napraviti dobre detektore koji mogu detektirati visoko energijsko zračenje iz svemira, a to je upravo CTA, tumači Dominis Prester.

Napominje da »što više o svemiru spoznajemo i učimo, to se više otvara prostor neznanja«.

– Međutim, to nas ne treba frustrirati jer ipak sad znamo o svemiru i svijetu puno, puno više no što smo znali prije sto godina, a i prije deset godina, kada sam recimo ja bila poslijedoktorandica. Teško je naći mjeru za to do kud smo došli, ali možda bi neka mjera mogla biti ideja o tome što najnovije teorije govore o našem postotku poznavanja materije u svemiru, te onog što je nepoznato. Pretpostavlja se da od ukupne energije svemira, jer masa i energija su ekvivalentni, zasad znamo za oko 3 posto. I onda tu ovisimo o tome kako se postavi teorija, koliko još otpada na nedostajuću masu odnosno tamnu materiju. To je ono za čime i mi tragamo. Tragali su na CERN-u pa su našli Higgsov bozon, i to je bilo fantastično, a naći će, nadam se, još čestica te napraviti puno preciznija mjerenja na dosad istraživanim energijama. Mi tražimo također i tamnu materiju u svemiru, u vidu nekih čestica koje su za sad hipotetske, ali koje se moraju eksperimentalno dokazati. Upravo CTA, odnosno Čerenkovljevi teleskopi, imaju dobar potencijal da otkriju tamnu materiju, dok je tzv. tamna energija nešto što nam je još manje poznato, priča Dominis Prester. Na pitanje što dakle sasvim izvjesno, odgovara da »znamo da se svemir širi i da je vjerojatno točna teorija velikog praska. Znamo da je svemir nekad bio puno manji i puno topliji, i da se on sad širi i hladi. To je ono u što smo prilično sigurni, zahvaljujući ne samo teorijama koje su to predvidjele, nego i različitim eksperimentima koji su to podržali«, zaključuje riječka astrofizičarka.

Sektor svemirske tehnologije 

Kako tumači izv. prof. dr. Dijana Dominis Prester, doktorski studij fizike na Odjelu za fiziku riječkog Sveučilišta fokusiran je na četiri područja.

– Uz astrofiziku, to je fizika čvrstog stanja odnosno kondenzirane materije, fizika elementarnih čestica i medicinska fizika koju radimo u suradnji s riječkim KBC-om. Na naše ugodno iznenađenje već u prvoj godini je popunjena kvota i traži se mjesto više na studiju. Fizičari se mogu zaposliti u znanstvenoistraživačkom sektoru, kao nastavnici u školama, kao fizičari u bolnicama, ali traženi su i u bankama, kao programeri, te u, s fizikom povezanoj, industriji koja je doduše više prisutna u inozemstvu nego kod nas, no nadamo se da će i ulazak Hrvatske u CERN omogućiti njen razvoj. To je primjerice industrija superosjetljivih detektora (detektorska tehnologija), kao i big-data računi, što koristimo i u CTA i MAGIC-u, tako da je i to ekspertiza koju možemo ponuditi našim studentima. U privatnom sektoru, fizika se koristi i u razvoju proizvodnje raznih materijala u auto, avio i svemirskoj industriji, a ima i brojne druge primjene. Tko po završetku studija ne ostaje u znanosti, obrazovanju ili medicini, bez problema nalazi posao i u IT sektoru jer metode programiranja i rada s različitim softverskim alatima i bazama podataka morate svladati da bi završili diplomski, a posebice doktorski studij fizike. Istraživanja tržišta rada u Hrvatskoj govore da je od svih studija najveća zapošljivost diplomiranih stručnjaka upravo u fizici. U CERN-u se također mnoge naše tvrtke mogu aktivirati, kao i u sektoru svemirske tehnologije koji raste. Predstavnica sam Hrvatske u Programskom odboru za europske projekte Obzor 2020 za područje svemira. I naše tvrtke mogu sudjelovati u razvoju, dizajnu satelita i tehnologije vezane uz satelite, odnosno svemirske misije, a nedavno je upravo hrvatska tvrtka Amphinicy d.o.o. dobila visokovrijedni projekt Obzor 2020. Uz to što smo nedavno ušli u CERN, ušli smo i u ESA-u, Europsku svemirsku agenciju koja se bavi svemirskim letjelicama, i u tom smislu sada možemo ponuditi razvoj tehnologije koja se može financirati, i kroz ESA-u, i kroz Obzor projekte, za potrebe istraživanja svemira, Zemlje, klimatologije, prijenosa podataka putem satelita… Europa potiče razvoj tog sektora da bismo bili konkurentni svjetskim velesilama, a u zadnje vrijeme se kao takve sve više ističu Indija i Kina. Nedavno smo se priključili međunarodnoj kolaboraciji e-ASTROGAM za dizajn svemirske letjelice koja bi trebala istraživati do sad nedovoljno istraženo područje, niskoenergijsko gama-zračenje, koje bi nam pomoglo kompletirati sliku potrebnu za razumijevanje ekstremnih objekata u svemiru. Sada se natječemo za financiranje te svemirske misije, a tu bi također hrvatske tvrtke mogle dobiti priliku za razvoj softvera i hardvera, zaključuje Dominis Prester.