Evropski center za raziskave z ioni in antiprotoni – Facility for Antiproton and Ion Research, na kratko Fair, nastaja ob že uveljavljenem laboratoriju za raziskave s težkimi ioni GSI v Nemčiji. Srce kompleksa bo krožni pospeševalnik, sinhrotron SIS100 z obsegom 1,1 kilometra. Drugi pomembnejši sklopi so magnetni ločevalnik Super-FRS, ki bo po masah in električnem naboju ločeval sestavine žarkov iz mešanice raznovrstnih ionov, zbiralni obroč CR, nakopičevalnik RESR, novi eksperimentalni shranjevalnik NESR in visokoenergijski shranjevalnik HESR. Pri projektu sodelujejo tudi slovenski znanstveniki.

O raziskavah v pospeševalniku smo govorili s prof. Paolom Giubellinom, znanstvenim direktorjem Faira in GSI.

Pospeševalnik opisujete kot vesolje v laboratoriju. Katera so glavna vprašanja, na katera boste skušali odgovoriti?

Fair, ki ga gradimo v Darmstadtu, je eden največjih raziskovalnih projektov na svetu. V našem laboratoriju bomo ustvarjali snov, ki ponavadi nastaja samo v vesolju. Tako bodo znanstveniki z vsega sveta lahko dobili vpogled v strukture snovi in evolucijo vesolja od velikega poka do danes. Pri zvezdah, eksplozijah zvezd in trkih smo priča skrajnim razmeram, od temperature, pritiska do gostote snovi, v Fairu pa bomo lahko ustvarili takšne razmere, tako da bomo obstreljevali majhne vzorce snovi (tarče) z delci. V kratkih časovnih intervalih bomo v trkih teh delcev ustvarjali kozmično snov.

Raziskave smo razdelili v štiri glavne stebre: Nustar, CBM, Panda in Appa. V eksperimentih Nustar (NUclear STructure Astrophyiscs and Reactions) bomo proučevali, kako v zvezdah in njihovih eksplozijah nastajajo težji kemijski elementi. Eksperimenti CBM (Compressed Baryonic Matter) so namenjeni ugotavljanju, kakšna snov je v zelo gostih ostankih supernov ali nevtronskih zvezdah. Raziskovanju antimaterije je posvečen steber Panda (antiProton ANnihilation at Darmstadt), pri tem bomo raziskovali, kako lahko s pomočjo antimaterije razumemo materijo ter njeno maso in močno silo. V eksperimentih Appa (Atomic, Plasma Physics and Applications) pa se bomo posvečali tako atomom kot planetom in terapiji za raka.

Skušali bomo odgovoriti na vprašanja, katere simetrije vladajo v vesolju, kakšne so lastnosti plazme, iz katere so sestavljeni planeti velikani, kako z delci zdraviti bolezni, kako pred kozmično radiacijo zaščititi astronavte, ali lahko z nabitimi delci spreminjamo lastnosti materialov. In še bi lahko našteval.

Zakaj je Fair pomemben za širšo skupnost?

Za človeštvo je značilna radovednost, ki nas žene naprej. Številne tehnologije, ki jih danes uporabljamo, denimo komunikacija po mobilnem telefonu, so posledica temeljnih raziskav, ki so jih opravljali iz gole radovednosti. Marsikaj, kar bomo izvedeli o snoveh in silah, ki določajo naš obstoj, je lahko osnova za tehnologijo prihodnosti.

Vsekakor bo iz inovativnih pospeševalnikov izšlo znanje, ki bo uporabno na celi vrsti področij. Spinoffi takšnih raziskav so tudi finančno gledano zelo obetavni. Najprej bo Fair seveda ponudil temeljne raziskave, ki pa tako rekoč vedno odpirajo nova področja in premikajo meje možnega.

Hkrati bo pospeševalnik generator zaposlitev in izobraževanja. Mladi znanstveniki bodo dobili vrhunsko priložnost za nabiranje najrazličnejšega znanja. V takšnih laboratorijih je ključna interdisciplinarnost. Pospeševalniki delcev so sestavni del modernega sveta. Ključni so za temeljno znanost, zelo pomembno vlogo igrajo tudi v medicini in industriji. Na svetu je okoli 17.000 pospeševalnikov, od tega jih je 7000 namenjenih medicini in v njih zdravijo okoli 30 milijonov ljudi na leto. Vendar le največji omogočajo, da znanost dvignemo na višjo raven.

Kot omenjeno, eksperimenti bodo najrazličnejši, od ustvarjanja zvezd do zdravljenja raka. Pospeševalnik je res vsestranski.

Tako je, Fair je glede vsestranskosti precej edinstven. To je posledica velikega števila različnih ionov, ki jih lahko pospešujemo, od protonov v fiziki plazme, ogljika v biofiziki, kisika v astrofiziki, do kalcija za fiziko materialov in zlata za jedrsko fiziko, če naštejem le nekatere.

Ob besedi pospeševalnik najprej pomislimo na najbolj znanega, Cernov veliki hadronski trkalnik (LHC). Katere so glavne razlike med njima?

Obstajata dva bistveno različna načina premikanja meja pri proučevanju snovi v pospeševalnikih. Lahko povečate energijo delcev, kot to počnejo v Cernu, ali povečate intenzivnost snopa delcev, kot bomo to naredili v Fairu. Naprej, v Cernu pospešujejo protone in svinec, pri nas pa bomo lahko pospeševali vse elemente v periodnem sistemu, od vodika do urana. Z zornega kota fizike je ogromna razlika, ali trčita dva majhna protona ali pa v masivno tarčo »ustreliš« precej večje uranovo jedro. Prav zato je naš pospeševalnik tako vsestranski. Če zelo poenostavim, bi lahko rekli, da v Cernu proučujejo veliki pok, v Fairu pa, kako se je po tem začetku oblikovalo vse drugo.

Nedavno ste začeli drugi mandat na čelu Faira, kakšni so vaši načrti?

Zelo se veselim drugega mandata. Prihodnja leta bodo odločilna, da v enem najboljših znanstvenih laboratorijev na svetu ustvarimo vrhunsko znanost, pri kateri sodeluje široka mednarodna skupnost. Fair ima velikanski potencial za ustvarjanje revolucionarnih rezultatov na več raziskovalnih področjih. Zame kot znanstvenika je to edinstvena priložnost, da naredim vse za njegov uspeh. Pomemben cilj mojega drugega mandata je, da opredelimo prihodnje znanstvene cilje v Fairu in GSI in da zagotovimo ustrezne razmere za vrhunsko znanost. Trenutno smo osredotočeni predvsem na to, da steče delo v pospeševalniku. Med pomembnimi nalogami so še izobraževanje mladih znanstvenikov ter ustanavljanje nacionalnih in mednarodnih programov in sklepanje sporazumov, na podlagi katerih bomo lahko sprejeli visokousposobljene kadre.

Kakšni pa so vaši osebni znanstveni cilji pri eksperimentih?

Moje raziskovalno področje je fizika trkov visokoenergijskih težkih ionov in snovi, ki se pri teh trkih ustvarijo. Po študiju na univerzi v Torinu in kalifornijski univerzi Santa Cruz sem sodeloval pri celi vrsti poskusov s težkimi ioni v Cernu. Tam sem sodeloval v eksperimentih Alice, leta 2011 so me imenovali še za uradnega govorca tega programa, od januarja 2017 pa sem znanstveni direktor GSI in Faira. V preteklih letih sem vodil prve implementacije programov projekta Fair v tako imenovani fazi nič. Že tri leta pišemo zgodbo o uspehu, čeprav smo se spoprijeli s težko situacijo zaradi omejitev, ki jih je narekovala pandemija. Zaradi že razvitih detektorjev in instrumentov v široki mednarodni kolaboraciji že lahko vstopamo v nova polja fizike. Dosegli smo več prebojev in raziskovalci so za svoje delo prejeli več mednarodnih nagrad.

Kako vojna v Ukrajini vpliva na projekt? Ste prekinili stike z Rusijo?

Obsojamo rusko agresijo na Ukrajino in zato podpiramo vse sankcije, ki so jih nemška vlada in vlade naših držav partneric sprejele zoper Rusijo. Zavedamo se, da bodo sankcije vplivale na naše delovanje, saj je Rusija s 17-odstotnim deležem največja partnerica v projektu poleg Nemčije, a verjamemo, da so vsi ti ukrepi v trenutni situaciji nujni. Skladno s smernicami nemške zveze znanstvenih organizacij smo prekinili vsa bilateralna sodelovanja z ruskimi državnimi institucijami in podjetji, novih ne bomo sklepali. Za multilateralne projekte, kakršen je Fair, pa se bomo glede Rusije usklajevali vsi partnerji. Užaloščeni in zaskrbljeni smo zaradi dogajanja v Ukrajini. Veliko naših zaposlenih je prizadetih zaradi vojne, nekateri neposredno, ker v Ukrajini živijo njihovi svojci in prijatelji, drugi zaradi poklicnih in prijateljskih vezi v Ukrajini in Rusiji. Naše misli in sočutje so namenjeni vsem prizadetim, ki jih tudi podpiramo v teh težkih časih.

V projektu sodeluje tudi Slovenija. Kakšna je vloga naših znanstvenikov in kaj naša znanstvena skupnost dobi v zameno?

Na znanstvenem področju Institut Jožef Stefan (IJS) koordinira slovenski del raziskovalno-eksperimentalne kolaboracije Nustar. Raziskovalna skupina IJS je zelo aktivno vključena v eksperimentalno fazo nič. Zgradila je sistem za zajem signala in za kontrolo scintilacijskega detekcijskega sistema BGO za sistem Degas (Hispec/Despec). Obenem načrtuje in gradi implantacijski detektor iz scintilacijskih vlaken (Hispec/Despec), koordinira eksperimentalno kampanjo Hispec-10, pripravlja simulacije ionskih žarkov redkih izotopov za eksperimente na ločevalniku Super-FRS. Zgradila je stabilizacijski monitor za elektrostatske leče spektrometra na večkratni prelet MR-TOF ločevalnika Super-FRS in pripravlja stabilizirano programirano uro za preklope elektrostatskih leč. Obenem sodeluje pri razvoju drugih kontrol na eksperimentih Nustar in FRS/Super-FRS.

Na tehnološkem področju pa konzorcij Technodrom, ki ga vodita slovenski podjetji Cosylab in Instrumentation Technologies, dobavlja visokotehnološke pospeševalniške komponente za HESR, CR in p-LINAC, vredne več milijonov evrov.

Vsekakor ima Slovenija od sodelovanja raznovrstne koristi, nenazadnje je solastnica tega mednarodnega laboratorija. Deljeno lastništvo laboratorija Fair bo pripomoglo k znanstvenemu in tehnološkemu napredku vaših inštitutov in raziskovalne sfere. Že v fazi nič dobivajo priložnost tako uveljavljeni znanstveniki in inženirji kot mladi. Imamo več programov, denimo GET_INvolved, na katere se lahko prijavijo doktorski in podoktorski študenti, okoli 40 študentom z vsega sveta vsako leto omogočimo štipendijo za poletne programe. Mislimo pa tudi na širšo javnost, za katero smo pripravili več zanimivih predavanj, če želi poglobiti poznavanje delovanja pospeševalnika. Ravno skupaj z IJS izvajamo serijo predavanj Fair seminar, na katerih bomo predstavili glavne raziskovalne teme. Predavanja bodo v hibridni obliki, torej v živo in na spletu.

Nedavno sta IJS in Univerza v Ljubljani podpisala memorandum o soglasju in sporazum o sodelovanju s centroma GSI in Fair. Kaj prinašata?

Glavni cilj je okrepitev sodelovanja naših znanstvenih skupnosti in povečanje študentskih izmenjav. Hkrati z omenjenima smo podpisali še dvostranski sporazum v okviru programa GET_INvolved, zato pričakujemo, da bo lahko še več študentov sodelovalo v naših programih.

V projekt so vpeta tudi slovenska podjetja, ki so se povezala v konzorcij, glavna partnerja sta Cosylab in Instrumentation Technologies.

Slovenija je odličen primer 100-odstotne uporabe stvarnega vložka pri prispevku k znanstvenemu megaprojektu. Podjetja iz drugih držav imajo še vsaj 25-odstotno obveznost v finančnih sredstvih, preostalo je prispevek v obliki komponent pospeševalnika in znanstvenih instrumentov.

Jedrska fizika je še vedno večinsko moško področje. Koliko žensk deluje pri projektu in kako jih pritegniti več v to področje?

V znanstvenih oddelkih centrov GSI in Fair je trenutno zaposlenih 23 odstotkov žensk (v celoti 27 odstotkov). To je pravzaprav obetavna številka, če jo primerjamo z deležem žensk v znanosti in tehnologiji v Nemčiji, ki je 32 odstotkov. Ta delež je v zadnjih letih precej narasel. Vsekakor bi radi navdušili dekleta za jedrsko fiziko. Na voljo je vrsta ponudb, na primer pripravništva, poletne šole, naša podiplomska šola ali naš program GET_INvolved, večina je odprtih za mednarodno in nacionalno sodelovanje. Trenutno smo tudi v fazi urejanja novega šolskega laboratorija.

Pri takšnih projektih je zelo pomembna tudi podpora lokalne skupnosti, da ljudje razumejo cilje projekta.

Vseskozi se trudimo biti kar se da transparentni in javnost seznanjamo o našem delu in rezultatih. Med drugim omogočamo vodene oglede in mesečna predavanja. Ob začetku projekta Fair so se zvrstili številni dogodki. Zadnjega dneva odprtih vrat se je udeležilo več kot 11.000 ljudi, ki so želeli informacije iz prve roke. Lahko rečem, da je lokalna skupnost projekt dobro sprejela, da pa tudi mi vedno poskrbimo za odgovore na množico vprašanj, ki se porajajo.

In še za konec, lahko že napoveste, kdaj bodo stekli prvi eksperimenti v pospeševalniku Fair?

Pri GSI in Fairu tesno sodelujemo z ruskimi raziskovalnimi ustanovami tako pri razvoju komponent pospeševalnika kot pri implementaciji znanstvenih programov. Ustavitev sodelovanja vsekakor pomeni, da tehnične komponente ne bodo dostavljene, prav tako ne teče znanstvena izmenjava. Vendar se držimo načrta, da bi prve eksperimente zagnali konec leta 2025. Trenutno proučujemo, ali je to izvedljivo z že dobavljenimi komponentami, hkrati pa iščemo druge rešitve.