Slovenskí vedci z Materiálovotechnologickej fakulty STU majú na konte významný úspech v rámci spolupráce s CERN-om.
Urýchľovač častíc v CERN-e. Zdroj: iStockphoto.com
Materiálovotechnologická fakulta so sídlom v Trnave (MFT STU) dosiahla prvý úspech pri spolupráci so svetovou výskumnou špičkou experimentálneho komplexu ISOLDE v CERN-e. MTF STU v Trnave sa pred vyše rokom stala riešiteľom významného projektu Vedeckovýskumné centrum excelentnosti SlovakION pre materiálový a interdisciplinárny výskum.
„Jedna z vedeckých skupín na našom pracovisku sa venuje kvantovomechanickým výpočtom a má dlhoročné skúsenosti s výpočtami z prvých princípov týkajúcich sa magnetických dipólových momentov jadier atómov. Tieto sa realizujú na vysokorýchlostných počítačových klastroch. Je zaujímavé, že táto naša skupina bola oslovená vedcami z pracoviska ISOLDE vyriešiť problém zlepšenia presnosti tohto výpočtu o dva rády,“ vysvetľuje docent Róbert Riedlmajer, zodpovedný riešiteľ projektu Teaming z MTF STU.
Výpočet, na ktorý sa dá spoľahnúť
Vedci vo veľkom hadrónovom urýchľovači v CERN-e na 27 kilometrovom okruhu (iónovode), ktorý sa nachádza približne 100 metrov pod zemou, urýchľujú častice na veľké energie, a dokážu sa tak dívať až do najranejších fáz vzniku vesmíru. Pomocou rôznych experimentov je však možné, naopak, nazrieť aj „hlboko“ na atomárnu či subatomárnu úroveň a skúmať ju na úrovniach okolo 0,1 pikometra. V CERN-e sa to deje urýchlením rôznych druhov nabitých častíc na veľmi vysokú energiu, pričom dochádza buď k interakcii s pevnými terčami, alebo k vzájomnej kolízii medzi nimi.
V rámci CERN-u funguje viacero experimentov a jedným z nich je práve ISOLDE. Ide o hmotnostný separátor pre izotopy (izotopy istého chemického prvku sú atómy tohto prvku s rovnakými protónovými číslami, ale s rôznymi počtami neutrónov, pozn. red.). „Práve na tomto zariadení prebehol experiment, pri ktorom vedci pripravili prvok sodík s nukleónovým číslom 26, ktorý je veľmi nestabilný. Polčas jeho života je 1,1 sekundy, má 11 protónov a 15 neutrónov,“ opisuje vedec.
Ilustračné foto: dve častice, ktoré o chvíľu do seba narazia. Zdroj: iStockphoto.com
Prelom nastal, keď sa vedcom po prvýkrát podarilo zmerať magnetický dipólový moment rádioaktívneho krátko žijúceho jadra 26Na s presnosťou na milióntinu (parts-per-milion). Tento výsledok dosiahli zlepšením experimentálnych techník a tiež spresnením výpočtov.
Na sodíku 26Na podľa slov riešiteľa projektu docenta Riedlmajera dokázal zmerať vedecký tím vylepšením experimentálnej aparatúry na meranie magnetického dipólového momentu pomocou beta magnetickej jadrovej rezonancie (beta NMR). Táto spektroskopická metóda sa ukazuje byť veľmi perspektívna, pretože je omnoho citlivejšia než konvenčná.
„Ide o skúmanie javu, ktorý sa odohráva na úrovni atómového jadra, a preto nie je ľahké ho namerať.” Slovenskému tímu sa podarilo na základe spresnenia kvantovomechanických výpočtov určiť, aký je príspevok jadra k celkovému magnetickému elektrickému dipólu. „Kolega namodeloval systém rovníc, pomocou ktorých vypočítali výsledok na vysokorýchlostnom počítači, a prispel tak zlepšením presnosti výpočtov NMR tienenia k výsledku experimentu,“ konštatuje docent Riedlmajer.
Čo to znamená pre vedu
Urýchľovanie častíc má vo všeobecnosti dôležitú úlohu pri výskume materiálov a ich vlastností, tento špecifický výskum sa však dotýka aj omnoho menších častí hmoty. „V tejto oblasti sa zameriavame na základný výskum, pričom výsledok tohto experimentu bude využiteľný pre chemické a biologické aplikácie, napríklad pri skúmaní DNA štruktúr a ich dynamike vývoja. Ide o veľmi sľubný prínos, ktorý sa môže využiť aj pre ďalší výskum liečebných procesov rôznych foriem rakoviny,“ konštatuje riešiteľ projektu docent Riedlmajer. Jedným dychom však dodáva, že na takéto závery je ešte príliš skoro.
Konkrétny výsledok už riešitelia projektu spoločne s autormi z CERN-ISOLDE publikovali v časopise Physical Review. Spolupráca riešiteľov projektu a CERN-ISOLDE pokračuje ďalej, pričom dlhodobým cieľom je ďalší vývoj a aplikácie beta NMR spektroskopie pre chemické a biochemické aplikácie.
(TL)
Zdroj: TS MTF STU
