Fizika na najvišoj razini moguća i u Zagrebu: Znanstvenica istražuje dva glavna problema CERN-ovih detektora
Antonija Utrobičić je i sama imala priliku posjetiti CERN gdje je upoznala brojne kolege koje sve zanima ista stvar: plinski detektori čestica. No, sada je u Zagrebu, gdje na Institutu Ruđer Bošković ispituje nove metale i poluvodiče koji će poboljšati postojeće detektore i odvesti istraživanje fizike na novu razinu. Cilj joj je napraviti nove modele koji će biti otporniji na radijaciju i vlagu. Iako je i sama ranije smatrala da se velika otkrića ne mogu napraviti u Hrvatskoj, sada ističe da CERN već testira stvari koje su osmišljene upravo u Zagrebu.
Galerija 8 Fotografija
Otvori
Kroz pridruženo članstvo Hrvatske i CERN-a, suradnja domaćih znanstvenika s Europskim laboratorijem za fiziku čestica napreduje fantastično. Krajem prošle godine smo na Institutu Ruđer Bošković (IRB) čuli i apel da bi se Hrvatska trebala odvažiti i na punopravno članstvo u ovom laboratoriju, jednom od najprestižnijih na svijetu. No, ta suradnja ne znači samo da naši znanstvenici odlaze u Švicarsku, već i da se visoka znanost može provoditi, vjerovali ili ne u samom Zagrebu. U to smo se uvjerili kad smo upoznali istraživačicu na IRB-u Antoniju Utrobičić. Pokazujući nam svoj laboratorij, otkrila nam da istražuje nove materijale za potencijalnu primjenu u detektorima na CERN-u.
Bila u CERN-u, a sada u Zagrebu: Rad u grupi francuskog nobelovca
Sama Utrobičić je također bila u CERN-u. Pričala nam je kako je radila u grupi za razvoj plinskih detektora koju je osnovao čuveni francuski fizičar i dobitnik Nobelove nagrade, Georges Charpak. Detektori je interesiraju i nakon boravka u CERN-u. No, vjerovali ili ne, svoj rad na detektorima koji bi mogao značajno unaprijediti najveća istraživanja u fizici, ne radi u dalekoj Švicarskoj, već upravo u Zagrebu. Ali, budući da visoka znanost ne može biti drugačija nego međunarodna, redovito se čuje s kolegama iz drugih krajeva svijeta.
– U CERN-u mi je bilo super iskustvo i zanimljivo raditi na razvoju detektora sa 100 kanala. Još uvijek radim u sklopu male kolaboracije od 50 osoba. Sastajemo se svaka dva tjedna i izmjenjujemo ideje kako napredujemo sa svojim istraživanjima. To su kolege s CERN-a i drugih institucija poput Jefferson Laba, sa znanstvenicima iz Pariza, Kine, otkriva nam Utrobičić.
Dok sama fizika zna biti izazovna znanost, neke od detalja znanstvenog rada naše sugovornice bit će teško razumljivi većini čitatelja. Iskreno, nije ni autor ovog teksta siguran da je sve pohvatao. No, ono što smo definitivno razumjeli je da suvremena fizika treba nove detektore koji mogu precizno mjeriti prolazak čestice u razdoblju od nekoliko desetaka pikosekundi, odnosno dvanaestinu sekunde. Osim za nova znanstvena otkrića u fizici, naša sugovornica ističe i da tehnologija akceleratora ima potencijal za primjenu u medicinskoj dijagnostici.
Muke radijacije i vlage: Što brži prolaz elektrona, to bolje
U detektorima čestica bitna komponenta je fotokatoda. Utrobičić nam je pokazivala malo stakalce od magnezija fluorida na kojoj se nalazi fotokatoda. No, katodu s presudnom ulogom nismo mogli uhvatiti golim okom. Ona je sloj od 18 nanometara cezij jodida i tri nanometra kroma. Sama fotokatoda je elektroda koja izbija elektrone fotoelektroničkim učinkom. Upravo se fotokatode moraju poboljšati da, u usporedbi s aktualnim modelima, budu otporniji na radijaciju i vlagu koja se javlja prilikom mjerenja prolaska čestica.
– Cijela filozofija je da stavite jako visoko električno polje, te će čestica proći kroz plin koji će se ionizirati pa će se onda elektroni multiplicirati. U detektor smo dodali Čerenkovljevo zračenje (emisija elektromagnetskog zračenja op.a) te se stvara svjetlost kada čestica prolazi. Ideja je da fotokatoda izbaci elektron u plin pa da se elektroni povećaju i mogu detektirati. Standardna se sastoji od kroma i cezijeva jodida, ali cezij jodid ima problema s vlagom. Moramo otvoriti detektor svaki put nakon testiranja te degradira kada se izloži zraku. To vidimo jer fotokatoda postaje bjelkasta. Drugi problem je kod prolaska ionizirajućeg zračenja. Ti ioni bombardiraju fotokatodu i uništavaju je pa njena kristalna struktura više nije kakva bi trebala biti. Time njena efikasnost postaje lošija, pojasnila je znanstvenica izazov suvremene znanosti koji nastoji riješiti.
Dodala je da se za plin u kojem se mjeri prolaz čestica koristi mješavina neona, etana i CF4, odnosno tetrafluorometan. Utrobičić ističe da u detektor ne može ići bilo koji plin već oni u kojima je gibanje elektrona brzo, a ako se rašire u svom gibanju, informacija o vremenu protoka čestica neće biti točno. Dok se istražuju nove kombinacije metala za fotokatodu, rade se i nove kombinacije slaganja elektroničkih komponenti plinskih detektora.
– Fotokatode mogu biti od raznih materijala. Primjerice, od magnezija, kroma i titana, možda čak i od kombinacija silicija, germanij, mogu biti razni materijali, krenuli smo istraživati nove materijale koji mogu biti metalni ili poluvodičkog tipa. No, još je rano govoriti o rezultatima. Zasad smo napravili prototip detektora. Dizajnirali smo komoru i vanjsku ploču gdje smo napravili i novi dizajn slaganja detektora kako bi imao što bolje karakteristike. Time želimo povećati sigurnost da na čestice utječe sama fizika detektora, a ne način na koji smo spojili elektroniku, opisivala nam je Utrobičić pokazujući nam aluminijsko kućište prototipa detektora kojeg je napravila.
Doktorat koji je promijenio percepciju: ‘I u Zagrebu možete otkriti nešto novo’
Dok je još malo misteriozna oko materijala koje ispituje zbog trenutačne faze istraživanja, Utrobičić ne krije svoje hipoteze kada je riječ o jednoj stvari: doista je moguće baviti se visokom znanosti u Hrvatskoj. Sam CERN se bavi fizikom čestica, a u Hrvatskoj su naši znanstvenici ‘vrlo jaki’ u poljima fizike čvrstog stanja i fizike lasera. No, kao što se naša sugovornica uvjerila u svojem znanstvenom interesu i fizika čestica se u Hrvatskoj može istraživati, ne morate se zauvijek preseliti u Švicarsku ili neku drugu razvijeniju državu.
Da biti u Hrvatskoj ne znači da su vam stvari udaljene, uvjerila se ne samo kroz svoj aktualni rad, već i ranije, kada je radila svoj doktorat na zagrebačkom PMF-u. I tada je istraživala plinske detektore te se uhvatila u koštac s jednom pojavom koja se nije mogla objasniti čak 20 godina. Sjetila se da je tada mislila da u Zagrebu neće moći ništa napraviti, da joj nedostaje opreme za mjerenje. Ipak, uvjerila se da puno novaca nije potrebno za znanstvenu inovaciju.
– Na kraju je doktorat prošao super, a oprema i nije toliko skupa. Mogu se napraviti mali eksperimentalni postavi, gdje se može proučavati fizika. Ne mora se raditi nešto veliko, s velikom površinom, već možete i u Zagrebu otkriti nešto novo. Ovaj mali detektor je postigao rekordnu vremensku razlučivost od 12 pikosekundi s nečim napravljeno u Zagrebu. Prije godinu pol dana je testiran na akceleratoru na CERN-u i zbilja je super, zaključila je znanstvenica s IRB-a.
