I výzkum se musí přizpůsobit nové situaci, říká hlavní manažer ELI Beamlines Roman Hvězda

Výzkumný program laserového centra ELI Beamlines se stal nejúspěšnějším českým projektem v rámci soutěže REGIOSTAR 2020, vyhlášenou Evropskou komisí – Directorate General’s for Regional & Urban Policy (DG Regio). Eli Beamlines vede Roman Hvězda a nyní se v prostoru, který je určen především pro práci vědeckých týmů v rámci základního výzkumu, musí vyrovnávat se ztíženou situací v příjezdu a koordinaci mezinárodních týmů i dalšími novými skutečnostmi.

Kolik laserů se v centru ELI Beamlines nachází a čím jsou výjimečné a specifické?

Hlavní laserové systémy jsou čtyři – jedná se o tzv. pulzní lasery, které střílejí velmi krátké impulzy tenké jako lidský vlas. To, že dokážeme produkovat takto krátké impulzy, dává laserům enormní sílu – chcete-li výkon. Každý z laserů je něčím jedinečný a má své specifické vlastnosti. To jsme se také pokusili vtělit do jejich jmen:

První je Allegra – umí střílet velice rychle – až 1000 za vteřinu.

Druhý je DUHA – ze systému je možno získat impulzy o různých vlnových délkách – tedy barvách (ultrafialovou a červenou barvu)

Třetí HAPLS – to je akronym pro laser s vysokým průměrným výkonem – unikátně kombinuje velký výkon se schopností impulzy střílet 10 x za vteřinu. A to díky nové na diodách založené technologie.

A poslední čtvrtý laser ATON – je super výkonný laser, který, jak jeho název napovídá, se svým výkonem dá alespoň na malý okamžik přiblížit k výkonu slunce.

Kolik v centru pracuje výzkumných týmů?  Z jakých případně zemí?

Výzkum na ELI je rozdělen do 6 hlavní výzkumných programů, jež pokrývají velmi široké pásmo vědeckých aplikací výkonných laserů (vývoj laserů, rentgenových zdrojů, zdrojů částic, strukturní dynamiky, plazmové fyzicky a ultra vysokých interakcí). Na tyto programy máme dále navázány dva týmy excelence vedené profesorem Sergejem Bulanovem a Janosem Hajdu. Všechny výzkumné týmy jsou mezinárodní kombinující expertízu a zkušenosti z celého světa. Nejvíce jsou samozřejmě zastoupeni Evropané zejména Italové, Španělé a Francouzi, ale máme zde též kolegy ze Spojených států, Japonska, Koreji, Číny, Kolumbie či Indie.

Vzhledem k tomu, že ELI je především uživatelské centrum, nabízíme naše kapacity a uživatelský čas externím výzkumným skupinám a vzhledem k rozmanitosti našich lidí se zde může opravdu každý cítit jako doma.

Musí všichni být osobně na místě nebo je možná vzhledem k současné situaci i nějaká jiná forma spolupráce?

Je skutečností, že k nám vlivem pandemie koronaviru v tomto roce řada výzkumných týmů nemohla přijet. I když tou tradiční cestou je být přítomen u experimentu, museli jsme se jak my, tak naši kolegové přizpůsobit nové situace a začali jsme využívat možností vzdálené spolupráce.

Koronavirus nás tak nutí přemýšlet, jak dělat věci jinak. Zvídavost a vášeň odkrývat nové poznání nicméně zůstávají. A tak výzkumné týmy z Velké Británie či Ruska např. pomocí vzdáleného přístupu, kdy mají k dispozici nejen spojení, ale i virtuální model zařízení, v podstatě online měří data a s kolegy od nás společně provádějí zajímavé experimenty.

Na jakých projektech týmy v centru pracují?

Na ELI Beamlines probíhá a především bude probíhat celá škála výzkumných aktivit. V současné době na uživatelské úrovni probíhají především výzkumy týkající se biologických a materiálových aplikací, kdy se za pomoci rentgenové difrakce studují krystalické molekulární struktury na atomární úrovni a s ultrakrátkým časovým rozlišením. Koherentní difrakční zobrazovaní umožní jediným pulzem zachytit strukturu molekul či buněk organismu s mnohem lepším rozlišením než umožňují mikroskopy. Jinými slovy sledování chování látek a materiálů o nepatrných rozměrech a při extrémně rychlých procesech uplatnitelných např. při vývoji polovodičů.

Např. v experimentální hale E1, která slouží právě k výzkumu týkajícímu se aplikací v molekulárních, biomedicínských a materiálových vědách, probíhal experiment s názvem „Femtosecond Stimulated Raman Spectroscopy“, což je technika, která umožňuje studovat molekulární vibrace, pohyb, strukturu a mechanismy chemické reakce v čase.

Dalším zajímavým výzkumem, který na ELI probíhá, je tzv. laserem řízená hadronová terapie. Hadronová terapie je metoda léčení zhoubných nádorů pomocí urychlených částic - hadronů - což jsou například protony a ionty. Hadronová terapie se již nyní používá pro léčení, nicméně zdrojem urychlených protonů a iontů jsou konvenční urychlovače, většinou synchrotrony nebo cyklotrony. Laserové urychlování si klade za cíl mít efektivní ladění energií, být kompaktnější, levnější a jednodušší na doinstalování do již stojící nemocnice, což je v případě konvenčních urychlovačů často velmi problematické až nemožné.

Musíme však mít neustále na mysli ten fakt, že ELI Beamlines se zaměřuje na základní výzkum, tedy dokazuje princip, že něco funguje a je možné to využít. Nicméně, aby se daná aplikace dostala k lidem, musí projít ještě dalším laděním, testováním a optimalizací (ať už čistě medicínskou, či průmyslovou). To je pole, kde hledáme partnery pro rozšíření dopadu naší činnosti.

Jsou tam i týmy z Česka, jaké případně?

Ano, samozřejmě. Současná situace naopak poskytuje českým výzkumným skupinám výhodu v tom, že je pro ně, přes všechna omezení, výrazně jednodušší připravit experiment, a dokonce se jej zúčastnit přímo na místě. Velmi dobrou spolupráci máme se skupinami v nedalekém centru BIOCEV, pražskými univerzitami, Ústavem organické chemie a biochemie, či Jihočeskou a Libereckou univerzitou a brněnským CEITECem.

Co nejzajímavějšího už v centru vzniklo (nebo výzkum provedený v ELI Beamlines tomu napomohl)?

Každá z pěti experimentálních hal je zcela impozantní zařízení nabízející skutečně unikátní příležitosti, které jinde nelze najít. V tomto se nám podařilo vytvořit skutečný chrám vědy a technologií, kterému jsme díky skvělým lidem vdechnuli život.

Obecně lze říci, že výkon laserů umožnil nahlédnout tam, kam to dosud nebylo možné.

Díky porozumění mikrosvěta můžeme získávat odpovědi na otázky o makro světě. Struktuře vesmíru, stavbě hvězd, planet, galaxii. Lépe pochopit vzájemné vazby mezi energií a hmotou.

Ale současně též daleko lépe porozumět velmi rychlým jevům - sledování chemických reakcí, biochemických procesů – využití v diagnostice a lékařské využití. Detailní zobrazování těchto malých struktur na úrovni molekul umožňuje studovat například stavbu proteinů, což je důležité pro vývoj nových léků.

Jaké jsou další záměry rozvoje a fungování ELI Beamlines?

Začali jsme připravovat strategický plán do roku 2030, který má zajistit, že se ELI udrží na světové špičce. Zapojí se do mezinárodní sítě výzkumných organizací, ale též high-tech firem, které díky nám budou moci inovovat své produkty a služby.

Rádi bychom v několika nadcházejících letech dokončili prototypování nových metod, které bude možné využít v medicíně, energetice, nebo biomolekulárním výzkumu, který může napomoci v přesnější predikci a odpovědi na další virové a bakteriální hrozby, které nás mohou čekat.

Vedle podpory špičkového výzkumu se podařilo s několika evropskými zeměmi vyjednat společný způsob dlouhodobého provozu ELI Beamlines pod hlavičkou k tomu vznikající mezinárodní organizace ELI ERIC, která bude sídlit v České republice. ERIC je akronym pro Evropské výzkumné infrastrukturní konsorcium. To je trochu krkolomný název, ale jedná se o mezinárodní organizaci, kterou zakládají členské státy EU za účelem společného provozu velkých výzkumných center. Prostřednictvím této organizace státy budou sdíleně odpovídat za provoz a další rozvoj všech tří ELI center. Tím se vracíme k naší vizi vybudovat takový CERN pro lasery. (27.10.2020)