Frekvenca X

“Da, slovenska fizikalna šola je zelo dobra”

Profesorji Peter Križan (FMF, IJS), Igor Muševič (FMF, IJS) in Matej Praprotnik (Kemijski inštitut) so v zelo hudi konkurenci pridobili projekt Evropskega raziskovalnega sveta za uveljavljene raziskovalce

ERC_nagrajenci
Peter Križan, Igor Muševič, Matej Praprotnik
foto: gov.si

V novi Frekvenci X se za spremembo nismo lotili koronavirusa … tudi zato, ker v trenutnih razmerah potrebujemo kakšne dobre novice. Junaki tokratne oddaje so trije … vsi so fiziki in vsi so se pred dnevi razveselili tega, da so v zelo hudi konkurenci pridobili projekt Evropskega raziskovalnega sveta za uveljavljene raziskovalce. Na daljavo so se nam pridružili profesorji Peter Križan (FMF, IJS), Igor Muševič (FMF, IJS) in Matej Praprotnik (Kemijski inštitut), ki na področju fizike snujejo zelo prebojne ideje. Prvi išče razpoke v standardnem modelu v fiziki osnovnih delcev, drugi stavi na logična vezja na osnovi svetlobe, tretji pa išče rešitve, kako na učinkovit in neinvaziven način v prihodnosti zdraviti raka, vnetja, bolezni srca in številne druge.

Iskanje razpok v standardnem modelu: Imajo sled, a potrebujejo več podatkov

Dr. Peter Križan s Fakultete za matematiko in fiziko v Ljubljani in Inštituta Jožefa Stefana bo v projektu FAIME (“Flavour Anomalies with advanced particle Identification MEthods“) s sodelavci iskal nove pojave v fiziki osnovnih delcev.

Fizika osnovnih delcev se je v zadnjem obdobju po njegovih besedah znašla na pomembnem razpotju: “Imamo standardni model, ki dobro popiše večino eksperimentov, a po drugi strani pojavi kažejo, da to ni dokončna teorija.” V njem po njegovih besedah ni prostora za delce temne snovi niti ne obstaja mehanizem, ki bi lahko povzročil tako dramatično razliko med materijo in anti-materijo, kot jo vidimo v današnjem vesolju. Pot iz te zagate trenutno znanstveniki iščejo na več načinov. “Nekateri eksperimenti, kakršen je na primer tisti v Cernu, skušajo najti dokaze za nove delce, drug tip eksperimentov, kot je na primer v Tsukubi na Japoskem, pa se nagiba k poskusom z izboljšano natančnostjo.”

Raziskovalci tako zdaj iščejo morebitne razpoke v standardnem modelu. “Eno tako razpoko smo odkrili v več eksperimentih, a da jo lahko z gotovostjo potrdimo, potrebujemo več podatkov.” Kot pojasni, se bo njihov projekt osredotočil na študij nekaterih redkih razpadov delcev, ki nastajajo pri trkih elektronov in pozitronov v eksperimentu Belle II. V okviru projekta bodo razvili tudi nove, zelo napredne metode za ugotavljanje nabitih delcev, vse skupaj pa bosta izvajali skupini fizikov z Instituta Jožef Stefan in Fakultete za matematiko in fiziko. Slovenski znanstveniki so za tovrstne raziskovalne metode po Križanovo veliki strokovnjaki.

V branje priporočamo tudi Križanov blog. Najdete ga tukaj.

Slika neke prihodnosti: Namesto žic svetloba, računalniki pa bodo organsko rasli sami

Profesor na Fakulteti za matematiko in fiziko in sodelavec na Inštitutu Jožefa Stefana dr. Igor Muševič je zasnoval projekt LOGOS (“Light-operated logic circuits from photonic soft-matter”). Stavi na področje svetlobe, tekočih kristalov in logičnih vezij. Sam svojo zamisel opiše kot “radikalno in usmerjeno pravokotno na ‘mainstream’ komunikacijske tehnologije“. Svetloba je postala v zadjem obdobju po njegovih besedah ključna pri prenašanju podatkov na medkontinetalnih razdaljah. Težava pa se pojavi pri pretvorbi optičnega signala v električnega, saj so postali tovrstni podatkovni centri energijsko izjemno potratni. Ključno vprašanje po Muševičevo tako postaja, kako svetlobo na mikrostrukturni ravni uporabljati še bolje in učinkoviteje.

“Zdi se, da smo dosegli skrajno mejo razvoja računske in podatkovne infrastrukture zaradi izjemno velike porabe električne energije, ki pri velikih podatkovnih centrih in superračunalnikih dosega moč manjše elektrarne. Možna rešitev je uporaba svetlobe namesto elektrike in izdelava svetlobnih vezij, po katerih bo namesto elektrike tekla svetloba.”

V vzponu so torej nove, tako imenovane fotonske tehnologije, ki bodo namesto žic uporabljale svetlobo. Napredek je hiter, poudarja Muševič, “a še vedno so te tehnologije trenutno na stopnji, na kakršni je bila mikroelektronika leta 1960“. Se pa raziskovalcem v zadnjih letih odpirajo povsem nova področja: “Prišli smo na sled snovem, ki same od sebe tvorijo vodnike; iz kaplje začnejo sama od sebe rasti optična vlakna. Podobno se dogaja pri delitvi celic, kar pripelje do ideje, da bi bilo logična vezja mogoče gojiti. Tovrstna tehnologija se začenja torej nagibati proti biologiji.” Kakšen bi lahko tako bil računalnik čez 50 let? Muševič spomni na film Avatar in v njem upodobljena fotonska drevesa, ki rastejo sama, v njih pa so shranjene informacije. A to je prihodnost, kakšni zametki za to pa se snujejo v sedanjosti?

Muševič želi z ekipo raziskovalcev v svojem projektu razviti novo tehnologijo za izdelavo logičnih vezij, ki bodo narejena iz tekočih kristalov in bodo delovala izključno na osnovi svetlobe. “Drugi del projekta je še bolj radikalen, saj gre v smeri spontanih rasti vezij.” Projekt po njegovih besedah sega daleč preko obstoječih tehnologij in predstavlja izjemen znanstveni izziv.

Raka bi s pomočjo ultrazvoka lahko zdravili veliko manj invazivno in bolj usmerjeno. Slovenci pri tem stavijo na računsko moč

V najnovejšem razpisu Evropskega raziskovalnega sveta projektov za uveljavljene raziskovalce je bila izbrana tudi projektna prijava dr. Mateja Praprotnika z naslovom MULTraSonicA (“Multiscale modeling and simulation approaches for biomedical ultrasonic applications“). Praprotnik je vodja Teoretičnega odseka na Kemijske inštitutu in profesor fizike na Fakulteti za matematiko in fiziko v Ljubljani. Skupaj s kolegi bo skušal bolje razumeti in simulirati ultrazvočni nadzor pri dostavi zdravil na obolela mesta v telesu. Natančneje, zanima jih povezava ultrazvoka z mikromehurčki in zelo majhnimi plinskimi vezikli v bioloških tekočinah.

Tarčna dostava zdravil na obolela mesta v telesu se kaže kot zelo perspektivna. Ena izmed možnosti pri tem je dostava zdravila z mikromehurčki oziroma plinskimi vezikli, kjer igra zelo pomembno vlogo ultrazvok. Da bosta dostava zdravil in odziv mikromehurčkov na ultrazvok nadzorovana, so potrebni optimalni parametri za ultrazvočno ‘razstrelitev’ dostavljavcev zdravil.

Po navadi dajo zdravniki zdravilo v telo z injekcijo, pri terapiji z ultrazvokom pa bodo potrebne manjše doze, ultrazvočna ekplozija pa bo tudi potisnila zdravilo, da bo prešlo membrano obolele celice.”

Gre za neinvazivno tehniko slikanja in dostave zdravil, ki bo pospešila napredek biomedicinskih ultrazvočnih aplikacij pri zdravljenju raka, različnih vnetij, bolezni srca in ožilja ter drugih. Da bi jo lahko uspešno uporabljati, bodo skušali raziskovalci pod Praprotnikovim vodstvom najti optimalne parametre za poznejšo klinično uporabo, iskali pa jih bodo s pomočjo intenzivnih računalniških simulacij. “Razvijati nameravamo realne modele, ki bodo sposobni zajeti vse podatke in realistično simulirati tak proces. Za to potrebujemo tudi nove metode, tudi nove numerične metode, ki bodo zmožne simulirati ultrazvok. To bodo računsko zelo intenzivne simulacije.”

Pri tem bodo potrebovali veliko računsko moč, ki pa jo bo v Sloveniji odslej mogoče dobiti. Že v kratkem naj bi namreč na mariborski univerzi začel v polnosti delovati nov superračunalnik, ki naj bi sodil med dvajset najmočnejših superračunalnikov na svetu.