Serwis Naukowy Uniwersytetu Warszawskiego: Zajmuje się Pan optyką i atomami rydbergowskimi. Czyli w zasadzie czym?
Dr hab. Michał Parniak: – Optyka pozwala oglądać nawet pojedyncze atomy i badać ich właściwości. Wraz z zespołem staramy się odkrywać prawa rządzące atomami rydbergowskimi. Są to atomy bardzo wysoko wzbudzone, to znaczy takie, których ostatni elektron, tak zwany elektron walencyjny, jest już prawie od atomu odczepiony, ale jeszcze nie do końca.
Co jest w nich najbardziej niezwykłego?
– Atomy rydbergowskie wykazują pewne „przesadne” właściwości. W szczególności promień takich atomów nie jest już rzędu nanometrów, ale mikrometrów. A taką wielkość można już właściwie zmierzyć śrubą mikrometryczną. Z drugiej strony te atomy zaczynają bardzo silnie oddziaływać, nie tylko pomiędzy sobą, ale również z zewnętrznymi sygnałami, w szczególności z laserami, a również z sygnałami radiowymi, mikrofalowymi czy falami milimetrowymi i terahercowymi. Jest to bardzo dobra właściwość tych atomów, dlatego postanowiliśmy w naszym laboratorium przekuć ją w praktyczne zastosowanie.
W którym momencie pojawiła się myśl, że badania nad tak fundamentalnymi właściwościami atomów mogą prowadzić do praktycznego zastosowania, na przykład sensora kwantowego?
– To może niezupełnie tradycyjne podejście. Zwykle bada się fundamentalne właściwości dla samej teorii i my też to robiliśmy, ale tutaj postanowiliśmy, że ta, jakkolwiek patrzeć, dość podstawowa fizyka może znaleźć ciekawe zastosowania i że nie są to zastosowania wyeksplorowane. Zaczęliśmy w związku z tym projektować eksperymenty, które pozwalają nam lepiej zrozumieć, jak atomy rydbergowskie mogłyby działać jako tak zwane sensory kwantowe, czyli sensory zewnętrznych pól elektromagnetycznych: radiowych, mikrofalowych i tak dalej. Zajęliśmy się też budową układów, dzięki którym takie sensory będą bardziej kompaktowe i mobilne. Pewnego dnia mógłby z nich powstać produkt.
Między innymi w ramach tych badań podjęliśmy się wdrożeniowych projektów, także dla Europejskiej Agencji Kosmicznej. A z drugiej strony udało się osiągnąć parę wyników czysto teoretycznych, jak na przykład pokazanie, że jesteśmy w stanie bezpośrednio konwertować fotony, czyli pojedyncze cząstki promieniowania elektromagnetycznego, z mikrofal do fotonów widzialnych. W praktyce oznacza to, że sygnał mikrofalowy można „przetłumaczyć” na światło widzialne, które łatwiej precyzyjnie wykrywać i mierzyć metodami optycznymi.
To jest trochę naukowa wersja pytania o jajko i kurę: najpierw było fundamentalne odkrycie, a dopiero potem pomysł na zastosowanie, czy odwrotnie?
– U nas zadział się ciąg przyczynowo-skutkowy od badań podstawowych do zastosowania. Nasza publikacja dotycząca właśnie konwersji mikrofalowo-optycznej, czyli tego, że jesteśmy w stanie zamieniać fotony mikrofalowe na optyczne, przyciągnęła uwagę Europejskiej Agencji Kosmicznej i to doprowadziło do wdrożenia, które właśnie kończymy. Przysporzyło nam to nowych pomysłów i miesiąc temu złożyliśmy wniosek patentowy o konkretne zastosowanie tej metody. Mamy nadzieję na sensor kwantowy, który może się przydać na przykład w badaniach klimatu. Wyszliśmy więc od fundamentalnego odkrycia, że jesteśmy w stanie coś zrobić, do konkretniejszych zastosowań, czyli wdrożenia i patentu.
Co musi się wydarzyć po drodze, żeby wynikiem badań naukowych nie była tylko publikacja, ale by ten wynik mógł rezonować dalej: w nowych projektach, kontaktach międzynarodowych, doktoratach czy potencjalnych wdrożeniach?
– Od lat jedną z instytucji, które bardzo nas wspierają, jest Fundacja na rzecz Nauki Polskiej, gdzie realizujemy badania aplikacyjno-wdrożeniowe. To są projekty MAB i teraz MAB-FENG. W projektach tych mamy zajmować się prawie wyłącznie zastosowaniami. Takie ograniczenie wynika z konstrukcji funduszy europejskich. Natomiast robienie wyłącznie zastosowań powoduje, że nie mogą być one tak naprawdę unikalne. My natomiast znaleźliśmy taką gałąź fizyki, w której zaczynamy coś naprawdę od początku. I w tym pomaga nam zarówno Narodowe Centrum Nauki, jak i program „Inicjatywa Doskonałości – Uczelnia Badawcza”, czyli IDUB.
Bardzo ważną działalnością naukowców jest promocja badań, na przykład na konferencjach. Ja sam byłem na kilku świetnych konferencjach, również z wykładami zaproszonymi, właśnie dzięki IDUB. Poza tym kontakty międzynarodowe pozwalają czasem podejrzeć, co jest aktualnie ważnym problemem w danej działce. Zresztą dotyczy to też kontaktów bardziej lokalnych niż międzynarodowych. Nasi studenci również skorzystali z tego programu: jeździli na konferencje, nierzadko zdobywając nagrody za swoje prezentacje, i mieli okazję poćwiczyć prezentowanie wyników. I co cieszy, większość z nich została u nas, są doktorantami, niektórzy już na półmetku studiów.
Wspomniał Pan o programie „Inicjatywa Doskonałości – Uczelnia Badawcza”. Co to wsparcie realnie zmieniło w pracy pańskiego zespołu?
– Akurat wtedy tak się złożyło, że jeden grant nam się skończył, drugi jeszcze się nie zaczął i IDUB wstrzelił się w tę lukę pomiędzy nimi. Można powiedzieć, że „podtrzymał doskonałość”. Normalnie można by tylko siedzieć i czekać, a tak mieliśmy możliwość działać dalej i tworzyć nowe projekty.
Drugą wymierną korzyścią takich programów jest zwiększenie widoczności naszych badań. To bardzo pomaga nam i doktorantom, po pierwsze w indywidualnych karierach, ale jednocześnie uniwersytetowi w zwiększaniu prestiżu. Co ważne, IDUB wspomagał nas również w publikowaniu w otwartym dostępie, a to naprawdę potrafi zwiększyć widoczność.
W naukach przyrodniczych często mówi się o roli przypadku. W fizyce też nadal jest na niego miejsce?
– Przypadek, który w fizyce wciąż występuje, polega często na wyborze tematu: czy w ogóle się czymś zająć, czy nie. Intuicja plus trochę szczęścia decydują o tym, czy trafimy na coś niezwykłego, czy raczej będziemy przyglądać się zjawisku, które ostatecznie nikogo szczególnie nie zainteresuje. Na jeden przypadek, kiedy udaje się zobaczyć coś naprawdę ciekawego i potem interesują się tym grupy badawcze z całego świata, przypada pewnie pięć mniej spektakularnych odkryć. Dlatego w nauce pomaga równoległe sprawdzanie różnych tropów, bo nigdy do końca nie wiadomo, który z nich okaże się najważniejszy.
Uczelnia Badawcza, czyli 5 pytań do… to cykl wywiadów z badaczkami i badaczami UW, którzy realizowali swoje projekty w ramach programu IDUB – „Inicjatywa Doskonałości – Uczelnia Badawcza”.
