Telescop submarin cu inteligenţă românească

O echipă de cercetători români caută să descopere mistere ale Universului folosindu-se de un instrument ultrasofisticat amplasat pe fundul Mării Mediterane. Doctorul Vlad Popa, de la Institutul de Ştiinţe Spaţiale din Măgurele, şi oamenii săi au pornit într-o călătorie a cunoaşterii demnă de invidiat. Având o bogată experienţă în domeniul fizicii astroparti­culelor, doctorul Popa vorbeşte despre contribuţia României la experimentul submarin ANTARES.

Cum intri în Măgurele, platforma Măgurele de lângă Bucureşti, şi treci de centru, pe stânga, chiar în curbă dai de o curte cu porţi grele, din metal. La intrare, pe partea stângă, multe clădiri noi, cu uşi din termopan, acoperite de coroanele unor copaci. În dreapta, un fel de conac trecut de vreme, cu flori colorate la geamuri.

Aici se află sediul Institutului pentru Ştiinţe Spaţiale (ISS). Singurul cu acest profil din România. Profesionişti recunoscuţi în afara ţării lucrează la ISS la proiecte româneşti şi internaţionale. Performanţele lor sunt mai ştiute peste hotare, e drept. O parte din talentaţii oameni de ştiinţă care s-au format aici a plecat din România pentru o recunoaştere corectă a valorii ei în afara graniţelor. De puţini ani, de când cercetării româneşti părea să înceapă din nou să i se dea atenţie, câţiva dintre aceştia s-au întors în institut (chiar renunţând la cariere promiţătoare "dincolo"), aducând cu ei experienţe noi şi dorinţa de a forma grupuri performante.
ÎN CĂUTAREA NEUTRINILOR
L-am întâlnit la institut pe unul dintre ei: Vlad Popa, specialist în astrofizica particulelor (sau "fizica astroparticulelor", cum ar suna traducerea directă a termenului consacrat internaţional) şi coordonatorul singurei echipe româneşti implicate în studierea Universului cu ajutorul unor instrumente amplasate... pe fundul Mării Mediterane. Este vorba despre un proiect european denumit ANTARES, care a intrat în funcţiune la capacitatea maximă la mijlocul lui 2008, după şapte ani de pregătiri intense.

Principala misiune a telescopului de neutrini ANTARES (Astronomy with a Neutrino Telescope and Abyss Environmental RESearch project) - primul astfel de instrument construit în mediul sub­ma­rin - constă în studierea unor particule cosmice denumite neutrini, care circulă prin toate straturile Pământului şi care pot fi cel mai bine detectate în condiţii de transparenţă a apei şi de adân­cime marină pentru ca instrumentul ştiinţific să fie ferit de radiaţia cosmică.

Telescopul este capabil să detecteze radiaţia pro­­du­să de muonii cu energie mare (particule elementare în­căr­ca­te), rezultate din neutrinii (particule elementare fără sarcină electrică şi cu masă extrem de mică) care pătrund în miezul Pă­mântului prin emisfera sudică, traversează scoarţa şi miezul pla­ne­tei noastre în linie dreaptă, ieşind la suprafaţă prin Marea Me­diterană, în dreptul coastei franceze, în apropierea oraşului Toulon.

Universul abundă de neutrini, a căror masă oamenii de ştiinţă nu au reuşit încă să o măsoare, adaugă doctorul Popa. Caracte­ristic la neutrini este că ei interacţionează extrem de slab cu materia. Originea lor variază, dar, inclusiv în urma unor experimente la acceleratoare, specialiştii au reuşit să determine faptul că unii neutrini sunt produşi de protonii acceleraţi în timpul cataclismelor cosmice care eliberează energii uluitoare (găuri negre aflate în centrul galaxiilor, microquasari sau resturi ale unor explozii de stele).

Există şi teorii conform cărora o parte din neutrinii cosmici provine din materia întunecată care reprezintă 85% din întreaga materie existentă în Univers. Neutrinii "bombardează" Pământul în permanenţă, iar impactul acestor "bombe" care nu se pot vedea cu ochiul liber este înre­gistrat şi analizat doar cu ajutorul unor instrumente superperformante, cum este cazul ANTARES-ului, dar şi al altor două telescoape similare ca principiu - unul construit la Polul Sud, în gheaţă, altul, de dimensiuni mai mici, în adâncimea Lacului Baikal din Rusia.

Neutrinii reprezintă, fără doar şi poate, cele mai fidele mărturii ale producerii în spaţiu a unor fenomene dificil sau imposibil de studiat cu ajutorul telescoapelor clasice, al radiotelescoapelor sau al experimentelor de raze cosmice. Ei ajung pe Pământ după o îndelungată călătorie printre stele şi alte corpuri cereşti. Ajung aici traversând materia fără ca această călătorie să le fie îngreunată în vreun fel.

Telescopul submarin din Mediterană are la bază aşa-numitul efect Cerenkov, numele provenind de la savantul rus Pavel Ale­xeevici Cerenkov, laureat al Premiului Nobel pentru Fizică în 1968 pentru descoperirea faptului că, atunci când într-un mediu trans­parent există particule încărcate electric care circulă mai repede decât viteza luminii în acel mediu, se produce un con de lu­mină care e foarte bine determinat. Detectorul a fost optimi­zat pentru a funcţiona în condiţii de adâncimi marine, cu scopul de a identifica muonii proveniţi din neutrini de energie foarte ma­re. Dotat cu aproape 900 de multiplicatori de lumină reparti­za­ţi pe 12 linii cu lungimi de 400 de metri fiecare, ANTARES se află la o adâncime de 2.400 de metri în Mediterană. Liniile cu detectori au fost poziţionate pe verticală, cu ajutorul submari­nu­­lui Victor al Institutului francez de cercetare pentru explorarea mărilor (IFREMER). Fotomultiplicatorii captează semnalul luminos al muonilor într-un mediu mai propice decât gheaţa, în apă.
ICE-CUBE
Celelalte două experimente ştiinţifice de pionierat - telesco­pul de neutrini din Lacul Baikal şi cel din gheaţa groasă a An­tarc­ti­cii (denumit Amanda) - au demonstrat fezabilitatea ideii şi au furnizat rezultate importante în domeniul fizicii astroparti­culelor, fără să aibă însă sensibilitatea necesară pentru a putea produce "imagini în neutrini" ale Universului, ceea ce re­pre­zin­tă dezideratul fundamental al "astronomiei cu neutrini", continuă interlocutorul meu. Din acest motiv a fost construit un al treilea telescop de neutrini, denumit ICE-CUBE, un detector gigant completat recent, la Polul Sud, iar în prezent se lucrează şi la telescopul din Baikal.

ANTARES a fost construit ca un sistem partener al celorlalte telescoape de neutrini pentru a studia mecanismele de accele­rare a particulelor. Sensibilitatea sa poate permite în sfârşit şi abordarea domeniului nou al "astronomiei cu neutrini". În timp ce vorbeşte în faţa a două monitoare uriaşe aflate pe biroul său de la ISS, doctorul Popa "îşi condimentează" afirmaţiile cu termeni ştiinţifici, înţeleşi numai de domnia-sa. De fiecare dată însă se opreşte, zâmbeşte şi explică fiecare noţiune. Vrea ca pu­blicul să ştie că experimentul din Mediterană şi contribuţia echipei româneşti merită să fie cunoscute. "ANTARES este acum complet şi datele se acumulează, dar primele rezultate - mai ales cele privind studiul radiaţiei cosmice şi al bioluminiscenţei (lumina emisă de vieţuitoarele micro sau macroscopice care trăiesc pe fundul mării) -, obţinute încă din faza de construcţie a telescopului, au fost deja publicate şi prezentate comunităţii ştiinţifice, demonstrând calitatea instrumentului nostru. Pentru rezultate majore însă va trebui să aşteptăm acumularea de date suficiente. Timpul de viaţă al unui astfel de experiment este de 10-12 ani. Marile descoperiri se fac în timp şi cu eforturi", continuă cercetătorul.


UN NOU EXPERIMENT ÎN PREGĂTIRE
Contribuţia echipei româneşti la ANTARES constă, pe lângă participarea la activităţile colaborării, în căutarea de monopoli magnetici (particule existente deocamdată doar în teorie, care pot fi imaginate ca un magnet cu un singur pol) şi de conglo­merate de quarci (particule elementare care joacă rolul de "cărămizi" fundamentale ale materiei), cunoscute în teorie sub numele de "nucleariţi". "Am încercat să aducem ceva în plus în colaborare. De ce facem asta? Acesta este scopul ştiinţei", adaugă cercetătorul, afirmând că, pentru un om obişnuit, această căutare poate că nu e spectaculoasă, dar pentru oamenii de ştiinţă ea este foarte importantă şi necesară.

Comunitatea ştiinţifică pregăteşte în prezent un nou experiment, denumit KM3NeT (un gigant dedicat studiului Universului, care va fi amplasat tot în Marea Mediterană, la o adâncime de peste 3 kilometri). ISS este membru cu drepturi depline în KM3NeT încă din 2007. Acest experiment "va beneficia direct de experienţa acumulată în ANTARES, dar şi în alte două proiecte naţionale: NEMO şi NESTOR, proiectate şi testate de specialişti din Italia şi, respectiv, Grecia".

"Curiozitatea este în fond o caracteristică definitorie a speciei umane, iar ceea ce facem noi nu este atât de departe de viaţa de zi cu zi pe cât pare: dacă vă întrebaţi de unde vin metalele pe care le folosim sub cele mai diverse forme, primul răspuns e din combinate sau fabrici. Acolo au ajuns după ce au fost extrase din minereuri, minereurile din mine, dar cum au ajuns acolo? Au ajuns o dată cu formarea Pământului şi au fost produse în locuri fascinante din Univers (stelele neutronice). Apoi au fost împrăş­tiate în spaţiu de supernove... Nu ştiu nici când, nici cum, cerce­tă­rile din acest domeniu vor conduce la aplicaţii benefice umani­tă­ţii, dar, în mod indirect, prin provocările tehnologice lansate de asemenea proiecte, şi astronomia cu neutrini contribuie la gă­si­rea unor soluţii tehnice, dispozitive şi materiale de mare per­formanţă, care vor ajunge mai curând sau mai târziu să in­flu­enţeze existenţa fiecăruia dintre noi", conchide doctorul Popa.