Cel mai puternic fascicul laser din lume, testat la Bucureşti: 10 pulsuri trase cu a zecea parte din energia solară

Foto INQUAM PHOTOS / Octav Ganea

Este greu de scris despre ştiinţă şi cercetare ştiinţifică de vârf într-un material pentru un public larg. Cu atât mai mult într-un context în care haosul şi eşecurile, greşelile şi nenorocirile sunt cele care fac ratinguri.

Totuşi mă încumet să fac un asemenea pas, cu scuzele de rigoare pentru capacitatea mea de înţelegere a fenomenelor din fizica laserelor. Totuşi nu este nici o poveste SF, nici o speranţă din texte şi planuri teoretice, mai niciodată realizate. Este un fapt care merită menţionat, fără a bagateliza realizarea şi fără a amplifica semnificaţia – “primul pas spre teleportare”, “primele 10 premii Nobel pentru fizică” aşezate în linie la Bucureşti. Totuşi, 10 PetaWaţi putere înseamnă a zecea parte din puterea Soarelui, iar o realizare de asemenea magnitudine nu poate fi ignorată, în goana noastră zilnică după senzaţional şi informaţii şocante.

Test reuşit, anduranţă şi putere dincolo de parametrii aşteptaţi

În data de 19 august 2020, ca parte a testului de anduranţă a sistemului de transport al fasciculelor laser de la ELI-NP au fost trase  33 de pulsuri cu o putere între 3 şi 10 PW de-a lungul unei ore, dintre care 10 pulsuri au fost trase la puteri mai mari de 10 PW, cea mai mare putere din lume a unui fascicul laser. În acest experiment a fost implicat întregul sistem laser de la ELI-NP - amplificatoare, compresor, sistem de transport fascicule laser – amplasat la Măgurele, la IFIN-HH – Institutul de Fizică şi Inginerie Nucleară – Horia Hulubei.

La eveniment au participat, prin teleconferinţă, profesorul Gérard Mourou, laureat al Premiului Nobel pentru fizică în 2018 şi membru de onoare al Academiei Române, şi o serie de oficialităţi din Guvernul României şi cercetători din alte centre din lume şi reprezentanţi ai celorlalţi piloni ELI - Extreme Light Infrastructure – Nuclear Physics (ELI-NP).

La finalul testelor, profesorul Mourou, pe a cărui tehnică de amplificare se bazează sistemul laser de la Măgurele, a declarat:

„În momentul de faţă, România este la vârful cercetării. Este un moment istoric. Ne aflăm la vârful ştiinţei laserelor.[…] Este frumos la acest proiect şi faptul că pune împreună toţi aceşti oameni buni în aceeaşi echipă, să lucreze pentru acelaşi ţel. Trebuie să mulţumim României, Franţei […] şi Europei.“ (Conform http://www.eli-np.ro/article.php?id=22)

Extreme Light Infrastructure – Nuclear Physics (ELI-NP), cea mai avansată infrastructură de cercetare din lume pentru fizică nucleară care utilizează laseri de mare putere.

Infrastructura bazată pe laseri de mare putere constă, în principal, din trei mari componente:

• Sistemul Laseri de Mare Putere (eng. HPLS - High Power Laser System) a cărui putere atinsă, de 10 PW, a fost confirmată în martie 2019 şi care dispune de două braţe având fiecare puterea de 10 PW, alte două braţe de 1 PW şi alte două braţe de 100 TW.
• Sistemul de Transport al Fasciculelor Laser (eng. LBTS - Laser Beam Transport System) care asigură transportul pulsurilor laser de mare putere de la HPLS, în vid, către ansamblurile experimentale
• Ansamblurile experimentale,

• Pentru fasciculele de 100 TW, primul experiment a avut loc în luna martie 2020 utilizând fascicule nefocalizate, iar în luna iulie a fost obţinută autorizarea CNCAN, în prezent desfăşurându-se experimente de comisionare cu fascicule focalizate
• Pentru fasciculele de 1 PW, este în desfăşurare procedura de autorizare CNCAN, fiind planificate experimente de comisionare începând cu luna noiembrie 2020
• Pentru fasciculele de 10 PW în care se vor desfăşura experimente de fizică fundamentală şi cercetări aplicative utilizând fascicule laser de mare putere focalizate la intensităţi de peste 10²⁴ W/cm², după obţinerea autorizăriii CNCAN vor fi realizate experimentele de comisionare începând cu anul 2021.

Sistemul de raze gamma - ultima componentă a „fabricii de premii Nobel” de la Bucureşti

ELI-NP va dispune începând cu anul 2023 de o facilitate de cercetare unică pe plan mondial, Sistemul VEGA, care   va furniza raze gamma cu energie variabilă continuă de la 1 MeV până la 19,5 MeV, acoperind gama de energie relevantă pentru studiile de fizică nucleară şi astrofizică nucleară, precum şi cercetarea aplicată în ştiinţa materialelor, gestionarea materialelor nucleare şi ştiinţele vieţii.

ELI-NP este unul dintre cei trei piloni ai Extreme Laser Infrastructure (ELI), infrastructură de cercetare pan-europeană inclusă încă din anul 2006, prin strădania profesorului Mourou şi la propunerea Franţei, în Foaia de parcurs a Forumului Strategic pentru Infrastructurile Cercetării (eng. ESFRI). Ceilalţi doi piloni sunt implementaţi în Republica Cehă respectiv Ungaria fiecare dispunând de echipamente ştiinţifice care răspund unei tematici de cercetare distincte, complementare.

Odată cu succesul testelor de anduranţă pentru HPLS şi LBTS, ELI-NP trece în etapa de demarare a experimentelor de comisionare utilizând cel mai puternic şi performant sistem laser din lume la momentul actual.  Începând cu anul 2021, acesta va fi pus la dispoziţia comunităţii ştiinţifice pentru experimente de fizică nucleară la frontiera cunoaşterii utilizând laseri de mare putere, accesul fiind unul bazat exclusiv pe merit şi evaluare ştiinţifică internaţională. Pentru utilizatorii industriali, în anumite condiţii, accesul va putea fi asigurat contra cost.

Proiectul de la Bucureşti este cea mai avansată componentă şi este considerat – poate pe drept, adevărata fabrică de premii Nobel pentru fizică a lumii. Este vorba despre instrumente de cercetare extrem de performante care permit experimente, rezultate şi cunoaştere novatoare, fără precedent. Trimiterea unui fascilcol laser de asemenea putere asupra unor ţinte diverse va permite descoperiri despre natura şi structura atomului şi a materiei dar şi despre istoria şi sursa creării universului.

Stadiul implementării celorlalţi piloni ai proiectului European ELI

Pilonul din Republica Cehă care are în vedere tematică de cercetare legată în principal de fizica laserilor va dispune de asemenea de un sistem laser de mare putere de până la 10 PW  2 KJ contractat în anul 2014 cu un consorţiu format din National Energetics (SUA) şi EKSPLA (LT) având ca principali subcontractori Schott şi Lawrence Livermore National Laboratory (SUA). Conform informaţiilor din site-ul proiectului ( https://www.eli-beams.eu/facility/lasers/laser-4-aton-10-pw-2-kj/) a fost livrat compresorul dar fără a exista nici o informaţie privind comisionarea şi confirmarea parametrilor.

Acelaşi site informează la https://www.eli-beams.eu/facility/lasers/laser-3-hapls-1-pw-30-j-10-hz/ că în ceea ce priveşte laserul de 1 PW dezvoltat de Lawrence Livermore Laboratory (SUA) ” Current parameters of the laser (March 2020): 0.4 PW, energy 11.5 J, lenght of pulse 28 fs repetition rate 3.3 Hz.” - puterea este la sub jumătate din cea proiectată iar repetiţia la o treime.

Pilonul din Ungaria va dispune de sistem de laseri cu repetiţie înaltă -attosecunde (1/10^18 s). Din site-ul proiectului rezultă că principalele componente laser sunt în dezvoltare fie la Szeged fie la Bordeaux, etc.

Şcoala de fizică nucleară românească. Horia Hulubei şi legătura constantă cu Franţa

Tradiţia arată că România deţine o şcoală de fizică nucleară consacrată şi recunoscută, nu întâmplător legată, în mare măsură, de şcoala franceză. Şi nu întâmplător personalitatea marcantă a fizicii româneşti rămâne Horia Hulubei, cel care dă numele institutului de la Măgurele. Există o întreagă memorialistică, corespondenţă şi relatări despre personalitatea lui Horia Hulubei şi colaborarea acestuia cu Yvette Cauchois, savanta franceză, care împreună şi cu Gheorghe Manu, strălucit fizician român cu un destin tragic, au împărţit onoarea de a-şi susţine doctoratul cu o comisie din care făceau parte doi laureati Nobel:  Jean Perrin (Preşedinte) şi Marie Curie. Tot astfel cum azi alături de Măgurele se află profesorul francez Gérard Mourou, laureat al Premiului Nobel pentru fizică în 2018.

Crezul lui Hulubei a fost întotdeauna redat prin urmatoarele cuvinte atribuite acestuia care şi-a dorit ..”un institut de fizică pentru Românii mei”. A fost inspiraţional pentru discipolii şi urmaşii săi, fiind un adevărat model.

Aşa cum acad. Hulubei alegea Măgurele şi România lăsând Sorbona şi Saclay – cu riscul de a trece prin perioada începutului marasmului comunist în România, de a-şi pierde/a i se fi retras – titlul de academician, care i-a revenit ulterior, la reabilitare – istoria a făcut ca şi proiectul ELI – NP să fie legat de un alt nume românesc de top al domeniului academician Nicolae Zamfir, cel care s-a întors în România continuând tradiţia fondatorului şcolii şi a institutului de la Măgurele, lăsând Universitatea Yale, pentru a reveni şi a ajuta şi el, ca director de proiect al ELI-NP, la consacrarea faptului că românii pot şi merită să aibă un loc mai bun şi adevarata recunoaştere în lumea fizicii. Ambii au fost decoraţi cu Legiunea de onoare a Franţei, ambii au lucrat sau lucrează cu colegi francezi de prim rang, deţinători ai premiului Nobel pentru fizică.

Asa cum IFA şi pricipalul continuator al acesteia, IFIN-HH, sunt file în istoria prestigioasă a fizicii româneşti, tot aşa şi ELI-NP poate fi o nouă filă a viitorului ştiintei la nivel mondial, cu o influenţă majoră asupra dezvoltării acestei discipline şi cercetării din România şi, de ce nu, a societăţii din România. Statutul IFIN-HH a fost recunoscut de către prestigioasa Societate Europeană de Fizică, care a acordat Măgurele, în anul 2017, statutul de site istoric al Fizicii.