Jak ochladit molekulu

Jak ochladit molekulu

Fyzika / rozhovor

Věnuje se problému, o kterém si mnozí mysleli, že nejde vyřešit. Za svou píli a vytrvalost teď vědkyně Lucie D. Augustovičová sklízí ocenění. Čerstvá laureátka Výroční ceny pro mladé vědce NF Bernarda Bolzana odhalila jev, díky kterému bude pravděpodobně možné zchladit některé molekuly až na extrémně nízké teploty a pozorovat dosud málo známé či zcela nové fyzikální procesy.

Vaše práce už byla oceněna vícekrát v uplynulých nemnoha letech. Jak vnímáte ocenění od Nadačního fondu Bernarda Bolzana?

Velmi si tohoto ocenění vážím, protože vyjadřuje uznání od Matematicko-fyzikální fakulty pro moji práci a protože vím, kolik dobrých vědců na Matfyzu je. Tato cena dává najevo, že to co dělám, má smysl, přestože se mi někdy nedaří a nemohu dlouho vyřešit nějaký vědecký problém.

Studium nízkých teplot je nepochybně velmi intenzivní v mezinárodním měřítku. Jak tato mezinárodní spolupráce reálně probíhá?

Studium chování atomů a molekul za velmi nízkých teplot, kdy se objevují nové procesy a kvantově mechanické jevy, je na hraně možností a znalostí současné fyziky. Proto není v silách jednoho týmu obsáhnout celou problematiku nebo i jen její podstatnou část samostatně. Mezinárodní spolupráce je proto nejen nezbytností, ale podle mě také jedinou cestou k dosažení podstatného pokroku.

Například mé výpočty ukazují metodu, pomocí které je možné ochladit molekuly na teploty v řádu nanokelvinů. Tento navržený postup chce použít skupina prof. Doyla na Harvardově univerzitě v USA, která má jako jedna z mála na světě potřebné experimentální vybavení. Jiný můj projekt týkající se ultrachladných srážek molekul NO souvisel zase s experimenty prováděnými prof. van de Meerakkerem v Nizozemsku.

Různé skupiny, teoretické i experimentální, se tak vhodně doplňují v objevování krás a záludností našeho světa.

Jaký potenciál pro další studium má chování molekul za velmi nízkých teplot? Jde o jev, který jste objevila a vysvětlila.

V současné době je možné prakticky rutinně ochladit atomy pod 1 µK na teploty, při kterých se objevují exotické jevy jako Bose-Einsteinova kondenzace, Fermiho degenerovaný plyn nebo třeba supersolidicita.

S molekulami je to mnohem obtížnější. Postupy, které tak dobře fungovaly pro atomy, je velmi komplikované aplikovat na molekuly. A molekuly nabízejí oproti atomům díky své složitější struktuře tolik krásných možností na nové objevy!

Jev, který jsem popsala, může pomoci ochladit molekuly až k teplotám v řádu nanokelvinů. Za takových podmínek se vlnové funkce jednotlivých molekul začnou najednou překrývat a chovají se jako jeden kvantový systém. Dá se očekávat vznik molekulárního Bose-Einsteinova kondenzátu. Teprve se však uvidí, jaká další překvapení má pro nás příroda přichystána. To je na vědě nádherné a vzrušující. Když zkoumáte nové věci, nikdy nevíte, na co narazíte.

Jde o jevy nesmírně jemné a těžko představitelné. Přesto mají velký potenciál pro další aplikace. Kde sama vidíte jejich potenciální uplatnění, byť třeba za dlouhou dobu?

Jedná se o základní výzkum, takže z principu věci může být k aplikacím hodně daleko. V současné době má velký ohlas myšlenka využití ultrachladných atomů a molekul pro kvantovou kryptografii nebo pro kvantové počítače.

Některé jevy v kvantově provázaných systémech mohou tak trochu stavět na hlavu naše představy vycházející z předchozích zkušeností. Například nedávno skupina kolem prof. Ketterleho (nositel Nobelovy ceny za Bose-Einsteinův kondenzát) představila objev suprasolidity, což je volně přeloženo něco jako suprapevnost. Taková látka se částečně chová jako pevná látka, protože má krystalovou strukturu, a zároveň trochu jako supratekutá kapalina. Vývoj v posledních letech je vskutku vzrušující a jsem zvědavá, kam to povede.

Předpokládám, že váš objev je především výsledkem systematické práce. Přesto, je podle vás důležité v těchto případech také štěstí?

Někdy si připadám jako ten princ v pohádce o šípkové Růžence. Prosekáváte se různými cestami, většina z nich je slepá nebo nikam nevede a vy doufáte, že se přibližujete k pohádkovému zámku.

Systematická práce je základem, protože bez ní se nedoberete k žádným výsledkům. Ale co se týče štěstí, už Napoleon říkal, že lepší než dobrý generál je ten, co má štěstí. Ve fyzice to platí stoprocentně. Můžete strávit měsíce prozkoumáváním různých variant nebo si hned vyberete tu správnou.

Přijdete jako doktorand nebo postdok do skupiny, která v té době produkuje Science nebo Nature články. Mě toto nepotkalo, naopak jsem začala dělat na problému, o němž předchozí články říkaly, že to nejde. To není příliš motivující a také z toho dlouho nic nebylo. Až pak jsem začala poznávat určité zákonitosti, které jsem dále rozvíjela a na konci je nyní šance uskutečnit něco, o co se lidé pokoušejí 20 let. Takže myslím, že vědec musí být pracovitý, ale určitá míra štěstí je v naší práci nutná.

Jaký je to pocit, když se podaří skutečně tak významná věc?

Máte obrovskou radost. O to větší, kolik práce jste tomu problému museli věnovat. A máte pocit, že má smysl pokračovat dál. Ale mnohem významnější věc to však bude, až se podaří experimentátorům zrealizovat. To pak budou kandidáti na Nobelovu cenu.

Budete oceněné či příbuzná témata i nadále rozvíjet?

Bude zajímavé sledovat, jak postoupí experimentální fyzici. Já se přitom budu snažit najít obecné zákonitosti, které by umožnily odhadnout, jaké další molekuly by bylo možno dostat do ultrachladného režimu.

Extrémně nízké energie ultrachladných molekul, kdy interakce a reakční dynamika jsou dominovány kvantovými jevy, představují také velkou výzvu pro chemickou fyziku. Možností další práce je skutečně velmi mnoho. 

V každé době existují ve vědě určitým způsobem upřednostňovaná témata. V biologii je to například v posledních letech genetika. Platí něco podobného i ve fyzice?

Myslím si, že populární jsou většinou ta témata, kde fyzici podvědomě cítí možnost dosáhnout významných objevů, ať už vedoucích k lepšímu pochopení fyziky nebo k případným aplikacím.

Řada lidí se věnuje materiálovému výzkumu, zejména v oblasti nanotechnologií. Podobně je na tom biofyzika a biochemie. Projevuje se to v impaktních faktorech a počtu příslušných časopisů. Molekulární fyzika, zvláště ta teoretická, má, zdá se podle počtu lidí, kteří se jí věnují, už léta své největší slávy za sebou. V mém oboru je ale na druhou stranu také relativně velké množství nositelů Nobelovy ceny, což může být ukazatelem a lákadlem pro další vědce, aby v daném výzkumu pokračovali.

Celkově si ale myslím, ať už člověk působí v oboru populárním nebo méně, pokud svou práci dělá poctivě, s láskou a úctou, dává mu pocit naplnění. Každé ocenění je pak vítanou podporou.

Berete Matfyz jako svoji domovskou instituci?

Samozřejmě ano.

Kam byste zařadila Matfyz na osobním žebříčku srovnávání vědeckých institucí v rámci Evropy či celého světa?

Já všeobecně nerada hodnotím a nemám ráda škatulkování, měření výkonnosti nějakou metrikou. Matfyzu si vážím kvůli mnoha dobrým lidem, kteří tu pracují na různých pozicích a odděleních. A také kvůli dobrým tradicím, které je třeba dále udržovat, podporovat a ne reformovat.

Jak říkal Jan Werich, ten umí to a ten zas tohle. Nechme lidi dělat svoji práci. To, v čem jsou dobří. Každý člověk toto o sobě ví. A nehodnoťme, jestli je důležitější vědec nebo vědec manažer (vedoucí týmu) nebo učitel. Všichni jsou potřeba. Já znám spoustu hodně dobrých učitelů, kterých si vážím, a kdyby nebylo jich, tak není spousta dobrých vědců. Ten systém jednotlivců sám o sobě ví jak fungovat a není třeba jej korigovat tím, že vytváříme prototypy, jak má moderní vědec vypadat. Že má učit tolik a tolik, mít článků tolik a tolik, mít stáž tam a tam, jinak je nehodící se.

Věda a vzdělávání nejsou soutěží krásy, kde se hodnotí, kolik modelka váží, měří nebo zda má dlouhé vlasy do půli zad. Věda vzniká především v lidském mozku, který musí být dobře naladěn (na tom má také velké zásluhy pan děkan plus tým mimo jiné organizováním koncertů).

V minulosti se mnohokrát potvrdilo, že nápady vznikly tak říkajíc „na koleně“, málokdy v nějakých velkých konglomerátech. Je proto potřeba podporovat ty jednotlivce, kteří svojí mravenčí prací dohromady přispějí větším dílem, než manufaktury, kterým se spočítá počet publikací a na konci roku se řekne, jak byli dobří.

Ze všeho nejhorší je lidi otrávit. Chytrý a schopný člověk si vždycky svoje místo v životě najde, ale ta instituce pak zapláče. A to se můžeme podívat i do jiných profesí, než je věda - lékařství, řemeslnictví aj.

Nadační fond Bernarda Bolzana funguje od roku 1999 při Matematicko-fyzikální fakultě UK. K jeho úkolům patří mimo jiné nevýdělečná podpora vědecké a pedagogické činnosti na Univerzitě Karlově v oborech fyziky, matematiky a informatiky, rozšiřování úrovně experimentálních možností a teoretických postupů nebo zprostředkování širšího mezinárodního uplatnění vědeckých výsledků dosažených v daných oborech na UK.


Mohlo by vás také zajímat:

Kouzlo hledání přibližné hodnoty

Tento článek jsme automaticky naimportovali z předchozího redakčního systému. Pokud se v něm něco pokazilo, dejte nám prosím vědět.