Web zprávy

Chci zjistit, jak ochladit látku miliardkrát více než v mezihvězdném prostoru, říká Lucie Augustovičová

Ing. Lucie D. Augustovičová, Ph.D. zkoumá, jak ochladit látku na teploty miliardkrát nižší než v mezihvězdném prostoru a vytvořit podmínky pro výzkum nové fyziky a jeho využití pro konstrukci a fungování budoucích kvantových počítačů. Pracuje na katedře chemické fyziky a optiky Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy v Praze.

Jak jste se ke své oblasti výzkumu dostala?

Já jsem měla vždycky ráda matematiku, bavilo mě počítat, takže jsem se – s nadsázkou řečeno – na nic jiného než na teoretickou fyziku nehodila. Konkrétně se zabývám fyzikou molekul, zkoumám jejich vnitřní strukturu a jak vznikají. Jak se chovají v různých prostředích standardních i méně standardních – např. za přítomnosti různých polí či nízkých teplot.

Podařilo se mi objevit efekt, který množství srážek nežádoucího typu zredukuje, a tím předpovědět dosažení teplot molekul v pasti až v řádu nanokelvinů.

A právě zkoumání, jak molekuly přivést do nepředstavitelně nízkých teplot, je předmětem mého současného výzkumu.

Co říkáte vašemu nedávnému ocenění „Pro ženy ve vědě“? Za co přesně jste byla oceněna?

Cena L’Oréal UNESCO Pro ženy ve vědě je pro mě významným oceněním mé práce a velmi si jí vážím. Těší mě, že můj výzkum má takový ohlas a povzbuzuje mě to k další práci. Zabývám se možností co nejvíce ochladit molekuly tak, jako je to dnes skoro rutině možné s atomy. Objevila jsem některé zákonitosti, které by v tomto ohledu mohly významně pomoci, a vypadá to, že ani teploty v řádu nanokelvinů nejsou pro molekuly nedosažitelné.

Zkoumáte tedy, jak ochladit látku na teploty miliardkrát nižší než v mezihvězdném prostoru – na jakou teplotu přesně a jak toho docílit?

Proces ochlazování stojí na ramenou velikánů, kteří za své objevy a vynálezy dostali Nobelovy ceny. V kostce: k ochlazení dochází v magnetooptických nebo elektrostatických optických pastech. V nich jsou částice drženy pomocí laserů, které se zároveň postarají o jejich chlazení. Toto schéma ale bohužel naráží na své limity někde okolo mikrokelvinů (jedna miliontina stupně Celsia nad absolutní nulou). To už je hodně nízká teplota, ale dá se jít ještě níže!

V další fázi se postupně snižují stěny pasti, aby rychlé částice odletěly, jako to prováděly u atomů. Avšak pro molekuly je situace kvůli jejich vnitřní struktuře daleko komplikovanější. Ta se promítá do vzájemných srážek molekul. Právě některé srážky byly označovány ve vědeckých článcích jako hlavní důvod neprůchodnosti dalšího zchlazování molekul. Mně se podařilo objevit efekt, který množství srážek nežádoucího typu zredukuje, a tím předpovědět dosažení teplot molekul v pasti až v řádu nanokelvinů.

Atomy se musejí držet za ruce, kdežto molekulám stačí, že na sebe vidí.

Jak vypadá vaše spolupráce s experimentátory na Harvardově univerzitě, které vaše bádání oslovilo a chtějí vaši hypotézu prokázat?

Jsem s nimi v kontaktu, ale spíše to sleduji zpovzdálí. V tuto chvíli je před nimi velký kus práce, aby vyrobili aparaturu. Já jsem jim poskytla předpověď pro vhodnou molekulu, jaké podmínky nastavit v experimentu, aby chlazení bylo účinné, a jak se systém za oněch podmínek bude chovat.

Hodláte objevit neznámé možnosti pro zkoumání nové fyziky. Co si ale představit pod pojmem „nová fyzika“?

Pokaždé, když se ve vědě pohybujete na hranici mezi známým a tím, kde „žijí lvi”, můžete čekat něco nového, dosud nepozorovaného. Například u atomárních Boseho-Einstenových kondenzátů byl nedávno popsán jev suprapevnosti, kdy měl kondenzát na jednu stranu charakter pevné látky – krystalovou strukturu – a na druhou stranu se choval jako supratekutá kapalina s nulovou viskozitou. To je na vědě krásné: nikdy přesně nevíte, co všechno se dá objevit.

Boseho-Einsteinův kondenzát je kvantový termodynamický jev, který je pojmenovaný po dvou fyzicích, kteří ho ve 20. letech minulého století předpověděli. Odvodili také, že k němu bude docházet za limitních extrémně nízkých teplot. Dojde k tomu, že jisté částice hmoty, říkáme jim bosony, se ocitnou v jediném, a to nejnižším stavu a nastane u nich kolektivní chování. Podle Augustovičové si to můžeme představit, jako kdyby studenti na koleji uspořádali párty v prvním patře a pozvali tam všechny. Kvantové částice podstoupí fázový přechod a začnou se chovat makroskopicky, jako by byly jednou „kapkou“.

Jak a proč mají fungovat budoucí kvantové počítače? K čemu nám poslouží? A jak k nim směřuje vaše bádání?

Využití pro kvantové počítače vychází z inherentních vlastností molekul. Klíčové je, aby qubity (základní jednotky kvantových počítačů) hovořily mezi sebou. Tomu se říká kvantová provázanost. A ta je lepší, čím nižší je teplota. Aby se atomy navzájem kvantově ovlivňovaly, musí být velmi blízko sebe. Molekuly spolu mohou interagovat vícero způsoby než atomy, mohou se ovlivňovat na velké vzdálenosti díky dipólům – připodobnila bych to magnetu, který táhne za sebou hřebík.

Přeneseně řečeno, atomy se musejí držet za ruce, kdežto molekulám stačí, že na sebe vidí. Molekuly mají velký potenciál pro budoucí vývoj kvantových počítačů. Ty by dokázaly řešit složité výpočetní úlohy v mnohonásobně kratším čase. Například počítání průběhu chemických reakcí, což by mohlo pomoci při vývoji nových léků.

Avšak vzhledem k tomu, že by dokázal i faktorizovat velké číslo na součin prvočísel, způsobí to možná, že budeme muset přejít na jiný způsob ochrany hesel.

Dovolím si malou odbočku ke školství, zejména střednímu. Není obecně ve školách málo prostoru pro studium vesmíru?

Studium vesmíru pokrývá mnoho odvětví fyziky – astronomii, kvantovou mechaniku, chemii, fyziku vysokých energií, kosmologii a teorii gravitace. Takže je to pro řadu fyziků a zájemců o ni velmi lákavé téma. Na střední škole se vesmíru věnuje pozornost z hlediska astronomie. Ostatní obory jsou ke studiu ještě poměrně komplikované.

Jakým překážkám musíte při práci čelit, kupříkladu i kvůli epidemii nového typu koronaviru? A jak vlastně jde skloubit výzkum s rodinným životem, resp. s péčí o dítě?

Být matkou je nádherná povinnost a privilegium. Člověk musí mít uspořádané svoje priority. Co stihne, to stihne – a nesmí se tím moc trápit. Všichni v mém okolí, ať už doma nebo v práci, jsou skvělí a moc jim děkuji.

A ten covid-19?

Ohledně covidu – mě se to nejvíce dotýká v souvislosti s učením. Nemám moc ráda výuku přes video, protože tím ztrácím osobní kontakt se studenty a možnost sledovat jejich přímé reakce.

Také přečtěte

Reset má galerii rozsvítit, rozmluvit i rozezvučet, říká kurátorka

Reset je prvním výstavním počinem, který vytvořil nový tým kolem nedávno jmenované ředitelky Galerie Benedikta …

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Přejít k navigační liště