Introducere
În numărul trecut am făcut cunoştinţă cu doi interlocutori, Răzvănel şi Gogu-de-la-Sculărie, iar scopul rândurilor acestor rubrici pseudo-ştiinţifice este acela de a-l determina pe Răzvănel să-şi scoată căştile şi să-şi ridice ochii din Second Life, iar pe Gogu-de-la-Sculărie, rămas cam fără Dumnezeu de când s-au cam închis sculăriile din spaţiul carpato-danubiano-pontic, să abandoneze talk-show-ul sau meciul preferat. Am putea spune că pe nea Gogu l-am putea interesa cu un argument civic: să ştie pe ce se duc banii statului, proveniţi din impozitele pe care le plătim cu toţii, dar: (i) proiectul Extreme Light Infrastructure, de care vom discuta aici, este finanţat din banii Comunităţii Europene, din care România, economiceşte vorbind, nu reprezintă decât cam un procent; (ii) nea Gogu, presupunând că mai lucrează pe undeva (cară diverse lucruri cu cârca lui cam anchilozată), de multă vreme nu mai plăteşte niciun impozit.
Şi totuşi, la ce bun să construieşti un asemenea centru de cercetare într-o ţară aflată în pragul colapsului moral şi economic, condusă de un titular al unei teze de doctorat controversate; ce a fost în mintea acelora care au aprobat pentru această jucărioară de lux aproape 400 de milioane de euro, contravaloarea unei autostrăzi Bucureşti-Giurgiu sau Piteşti-Slatina? Există trei niveluri de argumentaţie, pe care le vom lua pe rând.
Varianta 1. România este patria de facto a laserilor. Profesorul Ion I. Agârbiceanu a realizat în 1960-1961 primul laser cu gaz din lume, chiar dacă premiul Nobel aferent a fost decernat în 1964 fizicienilor Charles Hard Townes, Nikolay Gennadiyevich Basov şi Aleksandr Mikhailovich Prokhorov. Nu contează (ne-am obişnuit cu asemenea conspiraţii). În orice caz, nea Gogu ştie sigur cum laserii româneşti au topit tancurile ruseşti; acestea porniseră într-o expediţie de pedepsire a tupeului lui Nicolae Ceauşescu de a condamna invadarea Cehoslovaciei de trupele pactului de la Varşovia în 1968. Nici scutul antirachetă de la Deveselu nu este străin de know-how-ul românesc în ale laserilor. Sub acoperirea oficială a implementării unor rachete sol-aer, americanii de fapt vor utiliza laserii româneşti să pulverizeze rachetele inamice, asteroizii sau navele marţiene care aşteaptă de câteva milioane de ani prilejul să ne invadeze şi să ne transforme într-o colonie penitenciară.
De fapt, laserul este cunoscut pe aceste meleaguri din cele mai vechi timpuri: cum vă explicaţi altfel că Ştefan cel Mare cu o mână de răzeşi au pulverizat oştile de 120 000 oameni ale lui Hadâm Suleiman Paşa şi l-au făcut pe însuşi Mahomed al II-lea să dea bir cu fugiţii din Moldova peste numai un an? Nu este de mirare că turcii au capturat până la urmă sabia lui Ştefan şi că nu ne-or vor da niciodată înapoi, deşi n-au aflat cum se dă drumul la fasciculul laser. Mergând şi mai departe în istorie, este clar că şi Burebista (Deceneu, de fapt), şi Decebal au dispus de asemenea arme, ale căror secrete se află îngropate undeva în văgăunile munţilor Bucegi, Parâng sau Retezat. Însă timpul nu este pierdut, trăsnetul geto-dac va fi reactivat de o mână de iniţiaţi atunci când momentul astral va fi prielnic. Vai vouă, Merkel-Barosso-Obama-Putin-Jinping! Nu mai este mult şi terminăm de construit laserul de la Măgurele, pe banii voştri şi cu secretele noastre milenare, şi să te ţii atunci… Vom începe cu ştergerea Olandei-care-nu-ne-vrea-în-Schengen de pe faţa Europei (după ce le vom salva tablourile, brânzeturile şi olandezele mai de soi), continuăm cu Germania (dacă nu se cuminţeşte), apoi pulsurile laser trimise de la Măgurele îi vor face pe unguraşi să cânte la unison „Deşteaptă-te, Române”, pe ruşi să ne dea înapoi tezaurul şi petrolul, pe evrei să se întoarcă în timp şi să-l salveze pe Iisus de la crucificare. Hai noroc, nea Gogule! Noapte bună, Răzvănel!
În cadrul aceleiaşi variante 1, voi enunţa şi o justificare scrisă mai pentru părinţii lui Răzvănel, ingineri amândoi, ocupându-se fiecare câte 10-12 ore pe zi de consultanţă şi contabilitate; oameni cu picioarele pe pământ, la curent cu noţiunea de impozite şi bani publici: laserul de la Măgurele va contribui în mod decisiv la tratamente ale cancerului, la reciclarea deşeurilor radioactive, la detectarea focoaselor nucleare care tranzitează nestingherite teritoriul nostru dimineaţa / la prânz / seara şi la îmbunătăţirea performanţelor reactorilor nucleari (evident, acelora de la Cernavodă).
Varianta 2. Sunt bani aruncaţi, dar sunt banii lor, nu este treaba noastră. Laserul de la Măgurele este rodul unui lobby puternic al unui grup de presiune (în special, francezi, dar şi cu ceva ajutor nemţesc) pe lângă mafia portocalie / uselistă / pesedistă / sionistă (vă rog, tăiaţi ce nu corespunde momentului în care citiţi aceste rânduri) aflată la putere. Acordurile de construire şi de susţinere a investiţiei s-au perfectat în întâlniri secrete la nivelul cel mai înalt. Nu prea se ştie ce-o să iasă, dar n-ar fi chiar un caz strigător la cer. La CERN s-au aruncat mult mai mulţi bani pentru mult mai puţin beneficiu imediat (à propos, s-a mai auzit ceva de bosonul Higgs – parcă-l găsiseră cam anul trecut pe vremea aceasta, nu?). Oricum, se mai construiesc încă doi asemenea suprelaseri, unul la Praga şi altul la Szeged. De fapt, ei (şmecherii) vor ca aceste trei ţări (Cehia, Ungaria, România), care încă mai au acces la fondurile structurale aprobate în urma intrării în Uniunea Europeană, să gireze aceste infrastructuri şi să acceseze fondurile aferente (pe care, oricum, nu le prea accesează altfel), bani care se vor întoarce, în cel mai sănătos mod posibil, acolo unde le este locul, adică la fabricanţii unor asemenea mega-divaisuri, mediul privat din ţările-nucleu ale Uniunii Europene (Franţa şi Germania, în special).
Variantă mai soft: nu prea ştim ce face laserul de la Măgurele, dar hai să-l facem, că va fi cel mai tare din parcare. Îi dăm drumul şi pe urmă vedem la ce se poate utiliza. Pofta vine mâncând. Aşa merg lucrurile în cercetare. La urma urmei, şi transistorului, atunci când a fost propus (1947) de John Bardeen, Walter Brattain şi William Bradford Shockley, nimeni nu-i găsea vreo utilitate. Au trebuit să treacă vreo 10 ani înainte ca un dispozitiv exploatabil să poată fi produs, încă 10 până la răspândirea lui pe scară largă (radiourile cu transistori în huse de piele maro din copilăria noastră) şi încă vreo 45 ca să-i permită lui nea Gogu să-şi vadă meciul la Smart TV-ul luat în rate (cu buletinul), să-şi întrebe consoarta zilnic „Aaalo… ce gătişi, fă?”, lui Răzvănel să se dea pe Facebook şi să joace MyCraft, mamei lui să-şi ţină contabilitatea pe calculator şi să facă online banking.
Varianta 3. În realitate, laboratorul Extreme Light Infrastructure (ELI) de la Măgurele conţine două piese de bază. Prima din ele este acel superlaser, unde se vor atinge vârfuri de putere de 10-20 PW (petawaţi, adică milioane de miliarde de waţi). Nu vă temeţi, nu vom consuma toată puterea instalată pe glob (circa 3 PW), dintr-un motiv foarte simplu: pulsul laser are o durată foarte scurtă (vreo 10 fs, adică femtosecunde, adică miliardimi de milionimi de secundă), iar frecvenţa pulsurilor va fi de cam un puls la zece secunde, aşa că (bravo, Răzvănel), puterea efectivă ar fi de cam 10-20 W, cât becul chior din bucătăria unde-şi desfăşoară activitatea Frau Gogu.
De a doua piesă de la ELI Măgurele se vorbeşte mai puţin, deşi aceasta este piesa de bază, este şi mai scumpă şi – după cum vom vedea – pare a avea mai mulţi utilizatori potenţiali. Este vorba despre o sursă de radiaţii gamma de mare intensitate şi – ceea ce este extrem de important – producând fotoni gamma cu energie (destul de) bine definită şi ajustabilă. Ca să înţelegem cum s-a ajuns la includerea unei asemenea surse de raze gamma în ELI Măgurele trebuie să facem niţică istorie geo-politică recentă.
Spre sfârşitul primului deceniu al acestui mileniu, necesitatea unei Extreme Light Infrastructure fusese bine bătută în cuie de mediile ştiinţifice şi de politică a ştiinţei europene şi fusese inclusă în documentul elaborat de European Strategy Forum on Research Infrastructures (ESFRI), intitulat ESFRI Roadmap of Research Infrastructures. Evident, exista bătălia pentru localizarea acestei infrastructuri. Francezii, situaţi în pole position, din cauza „tăticului” principiului pe baza căruia se poate obţine un asemenea laser, Gérard Mourou, s-au dat la o parte cu o politeţe care nu le este deloc caracteristică, susţinând din răsputeri România (dar laserul urma să se cumpere de la ei). Germania susţinea Cehia (solidaritatea consumatorilor de bere).
Se decide ca, la urma urmei, această nouă facilitate să fie localizată într-una din ţările nou intrate în Uniunea Europeană. (Pare a fi o iniţiativă care ar smulge lacrimi unui neavizat, însă adevărul financiar era foarte simplu: noile state membre aveau acces la fonduri structurale, la care celelalte state nu aveau asemenea posibilităţi; dacă s-ar fi decis localizarea în Italia, de exemplu, italienii ar fi trebuit să scoată banul din propriul buzunar.) Se stabilesc felurite alianţe. Ungaria, care-şi dorea ca o altă facilitate inclusă pe lista ESFRI, o sursă puternică de neutroni („spallation source”), decide să susţină România, cu condiţia ca verii lor români să-i sprijine în obţinerea sursei de neutroni. În acel moment, exista în derulare un proiect european de definire a fezabilităţii facilităţii ELI (se numea ELI – preparatory phase, pentru că tot ne plac la nebunie abrevierile îi spunem ELI-PP), cu vreo 25 ţări participante.
În 2009, lovitură de teatru: sursa „spallation” de neutroni se va face în Suedia, cu toată susţinerea României pentru Ungaria (ca să vedeţi cam cât contăm, până la urmă). Verii noştri de peste Tisa nu se resemnează şi decid în ultimul moment să-şi prezinte candidatura şi pentru Extreme Light Infrastructure, trăgându-ne preşul de sub picioare (ne aşteptam, oricum). Aceasta, împreună cu susţinerea Germaniei pentru Cehia şi cu prestaţia tipic românească din cadrul ELI-PP, conducea la o soluţie anunţată neoficial: se vor construi nu una, ci două facilităţi de tipul ELI: una în Cehia, la Praga, alta în Ungaria, la Szeged (ca să fie mai aproape de România şi de laserii ascunşi prin munţii noştri, probabil). Cehii şi ungurii îşi împart frăţeşte aplicaţiile acestor laseri. Cehii urmau să se ocupe de exploatarea a tot ce provine din interacţia unui asemenea laser puternic cu materia: fascicule de raze X (coerente, eventual), electroni, protoni. De aceea, facilitatea de acolo se va numi ELI-Beamlines. Aceasta era, de fapt, cireaşa de pe tort. Dar nici porţia ungurilor nu era de neglijat. Deşi mai modest financiar, proiectul ungurilor se concentra pe dezvoltarea de laseri cu durate ultra-ultra-ultrascurte, măsurate în attosecunde (miliardimi de miliardimi de secundă). Începem să coborâm sub durata de revoluţie a unui electron în jurul nucleului (din punctul de vedere al mecanicii clasice). Probabil că se vor observa anumite lucruri fundamentale dacă această facilitate ELI-Attosecond Physics va funcţiona vreodată.
Aşadar România cam ieşise din joc, şi este meritul vicepreşedintelui Autorităţii Naţionale pentru Cercetare Ştiinţifică (ANCS) din acea vreme, Prof. Marius Enăchescu, şi a Directorului General al Institutului Naţional de Fizică şi Inginerie Nucleară „Horia Hulubei” (IFIN-HH) Acad. Nicolae Victor Zamfir de a fi reuşit în ceasul al 12-lea să devieze decizia finală a consorţiului ELI-PP, astfel încât să recomande construirea nu a două, ci a trei infrastructuri ELI, dintre care cea mai puternică să fie localizată în România, la Măgurele. Bine-bine, dar ce se va face cu laserul de la Măgurele (uite că ne-am întors de unde am plecat)? Dl. Acad. Zamfir este specialist în fizică nucleară; de asemenea, IFIN-HH este cel mai mare institut de cercetare din ţară. Păi… asta e! facem cu laserul fizică nucleară, ELI Nuclear Physics (ELI-NP), cum de nu ne-am gândit mai înainte? Iar spiritul lui Deceneu a zâmbit satisfăcut.
2010, la treabă, hai să vedem ce fizică nucleară putem face cu laserul. Pe undeva, ar merge, pentru că un laser atât de intens produce şi un câmp electric intens, care ar putea deforma nucleele într-un mod neaşteptat. Numai că lipsesc câteva ordine de mărime. Câmpul electric este de ordinul PV/m (peta-volţi pe metru, Răzvănel). Dimensiunea unui nucleu este de ordinul fm (femtometri). Înmulţiţi câmpul cu distanţa pe care e aplicat şi cu sarcina electrică elementară şi veţi găsi energia de interacţiune cu laserul a unei particule încărcate din nucleu (un proton, de exemplu): este cam un electronvolt. Iar energiile tipice din fizica nucleară (interacţiunea nucleară tare) sunt de ordinul MeV (mega-electronvolţi, adică milioane de electron-volţi). Şi iată, dragi copii, că nici cu superlaserul de la Măgurele nu vom reuşi să producem o interacţiune electromagnetică suficientă ca să se apropie de interacţiunea nucleară tare. Păcat, ar fi fost frumos.
Se organizează un prim workshop internaţional, la care apare imediat ideea salvatoare pentru fizica nucleară şi pentru ELI-NP, la urma urmei: în definitiv, şi o sursă gamma foarte intensă este tot un fel de radiaţie extremă şi se poate încadra la „Extreme light”. Depinde ce înţelegem prin „light”: poate fi orice fel de radiaţie electromagnetică, nu numai radiaţia din domeniul vizibil (400-700 nm), că doar nu se uită nimeni cu ochiul liber în fasciculul de 20 PW! Birocraţii sesizaseră dificultatea în care era pusă comunitatea din cauza acestui bebeluş nuclear apărut când nu se mai aştepta nimeni; toţi aprobă la unison că superlaserul de la Măgurele va fi constitutit, de fapt, dintr-un laser ceva mai mititel şi din ultradorita sursă gamma ajustabilă. Apar, pe bandă, scrisori de intenţie şi multiple aplicaţii posibile ale acestei surse gamma, pe care le voi descrie, pe scurt, în continuare.
În primul rând, investigarea şi cuantificarea de la distanţă a diferiţilor izotopi prin spectroscopie gamma are aplicaţiile menţionate anterior în combaterea terorismului cu material fisil şi în diagnosticarea din exterior a stării combustibililor nucleari din reactori. Americanii au în acest moment instalate, în porturi cu tranzit intens, surse gamma care pot detecta din exterior orice material fisil, oricât de bine împachetat, în conteinere. O să dezvoltăm şi noi dispozitive similare, dar mai întâi vom studia prototipuri la ELI. Cu reactorii nucleari, este altă poveste. De multe ori se înlocuieşte combustibilul fisil (barele de uraniu), atunci când ele ar mai fi avut ani buni sau chiar decenii de funcţionare. Una, că prin diagnosticarea corectă a conţinutului de material fisil şi a stării lui (dacă are pori, crăpături etc.) se poate face o economie formidabilă; a doua, că nu ne mai trezim în braţe cu material fisil care trebuie neutralizat şi pe care nu-l putem lăsa pe mâna oricui.
Însă mie, personal, cea mai importantă aplicaţie posibilă a sursei gamma ajustabilă mi se pare în spectroscopia nucleară şi în posibilitatea de investigare sistematică a nivelurilor energetice din nuclee. În prezent, aceste analize se efectuează folosindu-se surse gamma cu energie definită provenite din tranziţii nucleare. Aşadar, „harta” nivelurilor energetice nucleare este departe de a fi completă. Poate, de aceea şi cunoaşterea sau modelarea interacţiunii nucleare tari este cam lacunară în momentul de faţă. Cum ar fi fost ca Rydberg să deducă formula după care variază energia cuantelor emise de un atom ca fiind ceva înmulţit cu (1/n2 – 1/m2) (unde n şi m sunt numere întregi) pornind numai de la două-trei, hai! patru linii? În absenţa formulei lui Rydberg, nu-mi imaginez cum ar fi putut fi fundamentată mecanica cuantică.
Rămâne laserul, care poate, şi el, avea anumite aplicaţii în fizica energiilor înalte. Există un efect numit „radiation pressure acceleration”, care spune că un facicul laser atât de intens, atunci când interacţionează cu o ţintă suficient de subţire, smulge practic toţi electronii din ţintă şi-i accelerează până aproape de viteza luminii. La intensităţi foarte mari (cum sunt cele stipulate pentru ELI-NP), şi nucleele vor fi accelerate, imediat după electroni, tot aproape de viteza luminii, în direcţia fasciculului laser. Şi iată cum se va reuşi acceleraţia unui corp aproape macroscopic la o viteză apropiată de viteza luminii. Vezi povestirea „Bila de biliard” a lui Isaac Asimov. Dacă ţinta în chestiune este formată din hidrogen solid, obţinem protoni relativişti folosind un accelerator cu o lungime de câţiva metri (aşa a apărut conceptul de table-top accelerator). Protonterapia este binecunoscută în tratamentul cancerului, iar punerea la punct a unui asemenea dispozitiv ar permite dezvoltarea lui pe scară industrială, pentru orice spital regional. Nu construim autostrada Piteşti-Slatina, dar vom avea mai puţini bolnavi de cancer şi mai mulţi votanţi în judeţele Argeş şi Olt.
Principiul acestei accelerări cu laserul va permite şi accelerarea de izotopi de toate felurile, care vor fi ulterior analizaţi cu sursa gamma. Aplicaţii din domeniul science fiction au fost propuse, de asemenea, folosindu-se laserul şi sursa gamma, combinate: este vorba de „fierberea vidului” şi generarea de perechi electron-positron din nimic. Pe urmă, să te ţii: folia aceea de electroni accelerată cu viteza luminii de laser poate fi văzută ca o oglindă eficace pentru producerea de raze gamma coerente (laser cu raze gamma). Armata a 14-a a Rusiei a început să tremure. Nea Gogu are ce povesti mâine la partida de table de la Scara 3.
Mai sunt şi alte aplicaţii mai „civile”, de exemplu se presupune că se vor produce nişte fluxuri foarte intense de positroni pornindu-se de la sursa gamma. Positronii ăştia se anihilează cu electronii în cele mai diferite moduri: de exemplu, pentru un material microporos, positronii care ajung în diverşi pori au un timp de viaţă care depinde puternic de dimensiunile porilor. Să văd eu cine mai toarnă beton sau asfalt cu defecte după ce punem la punct linia de positroni! Sau positronii de energie mică ajunşi în vecinătatea unei suprafeţe se anihilează cu electronii care provin în exclusivitate din primul strat atomic al materialului, deci se poate vedea din ce atomi este format acest prim strat. Positronii care se anihilează cu electronii din volumul unui material vor emite cuante gamma care păstrează informaţii despre impulsurile electronilor înainte de anihilare, deci aflăm o funcţie care se numeşte legea de dispersie a materialului (dependenţa energiei electronilor de impulsurile lor) şi care este extrem de utilă în proiectarea dispozitivelor semiconductoare. Răzvănel, când o să-ţi cumpere mama un iPhone 13 peste vreo 6-7 ani, să ştii că există şanse ca la ELI Măgurele să se fi testat materialul din care îi este făcut microprocesorul.
Încheiere
Deşi pornit cu întârziere şi cu oarecari bâjbâieli iniţiale, proiectul ELI de la Măgurele a reuşit în scurt timp să mobilizeze o seamă de cercetători (majoritatea din afara României) care, de voie / de nevoie, şi-au pus minţile la contribuţie să vadă ce s-ar putea face cu acest proiect şi au reuşit în foarte scurt timp să producă un „scientific case” convingător. În momentul de faţă, din toţi cei trei „piloni” (Praga, Szeged, Măgurele), proiectul românesc este de departe cel mai avansat: s-a definitivat proiectul tehnic, s-a desfăşurat licitaţia pentru construcţia clădirii, au început săpăturile, iar acum se desfăşoară licitaţiile pentru laser şi pentru sursa gamma. Nea Gogule, România aici ar putea să egaleze performanţa de la Mondialele din 1998.
Ar mai trebui menţionată şi latura „ecologică” a proiectului, aceea că un procent important din energia necesară facilităţii va fi de origine geotermală, sau latura „socială”, legată de faptul că, oricum am întoarce-o, cu învăţământul universitar în starea în care se află, este greu de presupus că România va putea produce în câţiva ani cei 200-300 specialişti necesari; în consecinţă, aceştia vor fi „importaţi” din străinătate, contribuind la ridicarea coeficientului mediu de inteligenţă al regiunii. La ora la care scriu aceste rânduri, directorul ştiinţific al ELI-NP este un francez, directorul tehnic este un german, au mai fost angajaţi un specialist bulgar şi readus în ţară un român care lucra în Italia.
Una peste alta, nu este deloc rău că ne-am apucat de proiectul acesta, chiar dacă este la limita rezonabilului. Ar fi, poate, o şansă, ca Răzvănel al nostru să nu urmeze Dreptul sau ASE-ul, iar nea Gogu să-şi dea seama că Uniunea Europeană nu ne vrea chiar răul, sau nu chiar tot timpul. Şi că, în ţara asta unde „totul este pe butuci”, mai sunt câţiva oameni care chiar au încredere în ce ştiu să facă.
