Istoria fizicii este istoria Universului. Istoria Universului este istoria luminii. Aceste două elemente se pot regăsi, implicit sau chiar explicit, în decizia ONU de acum doi ani în alegerea temei luminii și a tehnologiilor bazate pe lumină pentru anul 2015.
Prin decizia ONU se recunosc: o mai mare conștientizare globală a tehnologiilor bazate pe lumină pentru dezvoltarea sustenabilă, furnizarea de soluții pentru provocările globale din domeniile energiei, educației, agriculturii, sănătății, recunoașterea recurgerii la lumină sub cele mai diferite forme ca factor integrator în știința secolului 21.
Fără nici o exagerare, „lumina a revoluționat medicina, comunicațiile prin Internet și este un puternic element de legătură între principalele aspecte culturale, economice și politice ale societății globale”. Înțelegerea mai bună a rolului său în lumea și societatea modernă ca necesitate în egală măsură publică și politică este poate esența a ceea ce înseamnă Anul Internațional al Luminii.
Oricât de mare este tentația de a vorbi despre toate marile aniversări ale acestui an atât de special, am ales pentru acest articol un subiect care marchează extrem de puternic începutul cercetării românești de fizică, prezentul și viitorul care se află în plină construcție la Măgurele. Am ales prima lumină pe care lumea a putut-o vedea și care era alta, una diferită de cea pe care ne-a dăruit-o Universul acum aproape 13 miliarde și jumătate de ani.
Laserul, o nouă lumină
Unul dintre primele lucruri care s-au spus despre laser, imediat după ce s-a demonstrat funcționarea sa, a fost că acesta este „o soluție care își caută o problemă”. Dar, după mai puțin de 20 de ani, fizicienii mai întâi și apoi cercetători din toate domeniile științei au devenit beneficiarii acestei descoperiri, una dintre cele mai mari din istorie. La câteva dintre problemele care, prin laser, și-au găsit soluții, unele neașteptate, ne vom opri în continuare.
Laserul în medicină
Laserul s-a impus rapid ca indispensabil în practic toate științele, de la fizică și chimie la biologie și medicină. El a făcut posibilă studierea proceselor chimice ultrarapide (legarea atomilor în molecule), diviziunea celulară, invadarea unei celule de un virus sau transferul ultrarapid de energie în diverse materiale. A permis intervențiile chirurgicale fără pierdere de sânge (să ne gândim la neurochirurgie în primul rând) sau intervenții salvatoare și nedureroase în urologie, oftalmologie sau stomatologie.
Și trebuie recunoscut că în România anilor 1970-1980, „tranziția” de la chirurgia clasică la chirurgia cu laser a fost în mare parte posibilă datorită laserilor construiți la Măgurele.
Pașii următori? Primii se prefigurează deja în medicină prin trecerea la o medicină personalizată, în care tratamentul este stabilit în funcție de problemele și particularitățile genomului pacientului.
Un alt pas, în afara medicinii, dar cu consecințe vitale pentru aceasta, pentru sănătatea populației în general, ca și pentru toate domeniile industriale este realizarea fuziunii laser și deschiderea drumului spre sursele de energie cu adevărat curate.
În fine, o utilizare cu totul specială a luminii se face în optogenetică, folosind lumina pentru a controla neuronii (sensibilizați în prealabil la acțiunea acesteia). Optogenetica, declarată în 2010 „Metoda Anului” în știință și inginerie și introdusă în topul celor mai importante realizări ale deceniului de revista Science, este o combinație de tehnici din optică și din genetică, permițând controlul și monitorizarea neuronilor în țesuturi vii, inclusiv la animale aflate în activitate în mediul lor natural.
Laserul și industria
Laserul este prezent aproape peste tot, în cele mai variate domenii:
- industrie: tăiere, sudură, prelucrări termice etc.
- sectorul militar: marcarea țintelor, ghidare, apărare antirachetă, alternative la radar etc.
- criminalistică: detecția amprentelor, identificări
- sectorul comercial în general: printere laser, scanere de coduri de bare, termometre, holograme, show-uri laser, tratamente cosmetice
- protecția mediului: determinarea de la distanță a conținutului de toxine în coloanele de fum, a existenței și evoluției smogului fotochimic și ozonului la sol și în atmosferă, purificarea apelor reziduale
- comunicații: sursă de lumină pentru fibrele optice, asigurând lărgimi de bandă de aproape 100 000 de ori mai mari decât un cablu de cupru, insensibile la interferențe electrie și magnetice externe
- cercetări care pregătesc utilizarea fotonilor în viitoarele computere cuantice
Și toate aceste aplicații, și încă și mai multe, se întâlnesc peste tot, făcând astfel din laser și un mare generator de afaceri. Conform „Laser Focus”, în 2013, piața laser mondială a fost de aproape 9.000 de miliarde de dolari, peste 50% din piață împărțindu-se în părți aproape egale între domeniul comunicațiilor și cel al prelucrărilor de materiale.
Ceea ce l-a determinat pe Kiyomi Monro, CEO Biophotonic Solutions (East Lansing, MI), să spună încă de acum un an: „Cred că fotonii sunt noul ”combustibil” al Sec. 21 … ei sunt motorul unor noi eficiențe în prelucrarea materialelor, ale unor progrese uluitoare în tehnica medicală și știința materialelor, generarea de energie și iluminarea unei infrastructuri de comunicații care încă de pe acum ne îndreaptă spre o virtualizare a societății noastre”.
Pentru a încheia, nu putem găsi un loc mai bun unde practic toate cele de mai sus se întâlnesc fericit decât cel mai mare proiect științific desfășurat vreodată în România și totodată cel mai important dintre cei trei piloni actuali ai Infrastructurii Europene a Luminii Extreme: ELI – NUCLEAR PHYSICS.
ELI-NP: un proiect cu două lumini
ELI-NP reprezintă o premieră absolută nu doar în știința românească, ci și în cea universală. Aceasta pentru că este prima infrastructură în care se va realiza intersecția unui fascicul laser cu un fascicul gamma, furnizat de un accelerator de particule.
Parametrii celor două fascicule au valori neatinse vreodată în fizică. Fasciculul laser va avea o putere de 20 PW și o intensitate de 1023-1024 W/cm2 (câmpuri electrice de 1015 V/m). Fasciculul gamma, la rândul său, va înregistra 1013 particule gamma pe secundă, cu energii de peste 19 MeV.
Împreună, cele două instalații vor permite, pentru prima oară în istorie, studierea unor noi fenomene din domeniul electrodinamicii cuantice la câmpuri ultraintense. La asemenea valori, fizica se află efectiv la frontierele actuale ale cunoașterii, cu rezultate care se anunță de cea mai mare importanță și semnificație atât pentru cercetarea fundamentală, cât și pentru aplicații decisive în medicină, industrie, apărare și protecția mediului.
Suntem înconjurați de lumină. Așa putem vedea lumea din jurul nostru, până la marginile Universului, așa ne putem vedea unii pe alții și pe noi înșine. Lumina a devenit o parte importantă din baza pe care am construit știința și tehnologia actuală. Ne putem declara mulțumiți?
Ar mai trebui să facem un pas, unul pe care cele trei științe care domină începutul acestui nou mileniu – fizica, genetica și neuroștiințele – l-au înțeles foarte bine: să ne întoarcem în noi înșine și să căutăm și acolo lumina de care avem nevoie pentru a înțelege tot ce se întâmplă și a ne putea pune întrebările care să ne deschidă porțile și drumurile spre viitor.
Un viitor pe care îl datorăm muncii înaintașilor, muncii noastre și mai ales societății care investește în noi, inclusiv speranțele sale. Provocările acestui timp sunt uriașe, așteptările pe măsură și doar cineva care nu a vrut niciodată să știe ce înseamnă munca de cercetare nu poate să înțeleagă ce înseamnă să le faci față amândoura.
În 2015, chiar la începutul Anului Luminii, John Dudley, Președintele Societății Europene de Fizică spunea: „Am început AIL concentrându-ne în primul rând pe outreach și educație, dar am realizat rapid că există și o dimensiune politică căreia nu-i acordasem importanța cuvenită”.
Acum mai bine de 2000 de ani, Platon spunea că „putem ușor ierta un copil căruia îi este teamă de întuneric, dar adevărata tragedie a vieții sunt oamenii care se tem de lumină”.
Lumina pe care o aduc oamenii de știință este lumina cunoașterii. Dar, din păcate, încă sunt destul de mulți care se tem de ea – de lumină în orice formă ar veni la ei – și uneori se întâmplă să-i descoperi mult prea aproape de tine…
