Extreme Dark Infrastructure

Preambul. Consider, în continuare, cel mai bun S.F. al tuturor timpurilor “2001 – A Space Odyssey” al lui Stanley Kubrick. În prima parte a acestui film, are loc un conflict între maimuțele care tocmai intraseră în contact cu monolitul extraterestru aducător de rațiune (să le numim proto-oameni) și maimuțele din tribul vecin. Primul lucru “uman” pe care l-au făcut proto-oamenii au fost să înceapă să mănânce carne și să-și confecționeze arme din oasele animalelor răpuse. Cu aceste arme, atacă tribul rival de maimuțe, cu care își disputau sursa de apă din zonă. Odată ce proto-omul alfa reușește să-l doboare pe maimuțoiul alfa cu o lovitură de os transformat în bâtă, o sumedenie de alți proto-omuleți mai puțin dotați fizic se perindă și-l lovesc pe cel doborât, sărind înapoi imediat, de teama unei eventuale reacții a victimei prăbușite. Astfel se întâmplă și în momentul de față în cercetarea românească, cu deosebirea că maimuțoiul alfa al cercetării încă n-a căzut definitiv, iar loviturile au pornit de la mai mulți proto-omuleți ceva (dar nu mult) mai curajoși decât cei din filmul lui Kubrick. Ați ghicit probabil, maimuțoiul alfa este în cazul nostru Acad. Nicolae V. Zamfir (NVZ), Director General al celui mai mare institut de cercetare din România, IFIN–HH și al celui mai mare proiect de cercetare din România, ELI–NP. NVZ a deținut aceste funcții până de curând și este posibil să le dețină, din nou, și în continuare, după ce furtuna media iscată de “demiterea abuzivă” îi va impune Ministrului Educației și Cercetării să revină asupra deciziei de anulare a prelungirii mandatului său la butoanele institutului și proiectului. Furtuna media este semn că doborârea lui NVZ s-ar putea să nu fie de durată. Iar printre maimuțeii mici care-l lovesc mișelește pe cel căzut, probabil, va fi numărat și autorul acestor rânduri, deși va încerca să vă prezinte un punct de vedere cât se poate de neutru în continuare.

Nicolae V. Zamfir. Acuze aduse acestui savant inclusiv sau mai ales într-o emisiune “Starea Nației” (20 mai 2020): (i) A fost secretar P.C.R. înainte de 1989, (ii) a fost Director General al IFIN–HH din 2004, deci 4 mandate, (iii) acum fiind la al 5-lea mandat, acordat contrar oricărei uzanțe din domeniu de Prof. Dragoș Ciuparu, secretarul de stat pentru cercetare; (iv) are 68 de ani și ar fi trebuit să se pensioneze, nu mai poate activa decât cu avizul Consiliului Științific pe care (v) l-a desființat abuziv; (vi) la ELI–NP, echipamentul cel mai important este livrat și nefuncțional (sursa gamma, despre care vom vorbi în detaliu mai jos), iar IFIN–HH se judecă acum cu un consorțiu european (EuroGammaS), (vii) laserul a ajuns la puterea maximă, dar nu are unde să tragă cu această putere, deoarece zona de interacțiune cu fasciculul încă nu a fost complet echipată, (viii) IFIN–HH a fost pus pe “lista neagră” a autorităților de cercetare din Franța (“Selon les recommandations de la Direction des Affaires Juridiques (DAJ) du CNRS, je tiens à vous informer que tout projet à venir de coopération avec l’IFIN-HH doit être avorté. A l’heure actuelle, il n’est pas possible de signer de nouveaux contrats avec IFIN. Tout contrat est gelé et il n’est pas possible d’entamer des collaborations avec ce partenaire.” postat de Federația Hermes); (ix) consorțiul ELI – Delivery Consortium, format inițial din cele trei instalații din Cehia, Ungaria și România aplică pentru crearea unui ERIC (European Research Infrastructure Consortium) fără România.

Biroul Prezidiului Academiei Române s-a solidarizat plenar și necondiționat cu conducerea IFIN–HH și califică aceste atacuri “‘în sfera unor interese obscure, care aduc prejudicii grave ţării noastre şi care se situează în afara normelor şi valorilor unanim acceptate în comunitatea ştiinţifică‘”. Printre dușmanii României numărându-se CNRS-ul francez, CNR-ul italian și, desigur, revista ocultei mondiale, Nature. Mai recent, după demiterea NVZ, același Birou al Prezidiului protestează vehement, reluând, în pană de inspirație, același narativ al intereselor obscure, după care revine în forță, invocând o “amenințare reală de blocare a evoluției clar ascendente a cercetării științifice românești la nivel mondial” (și chiar peste acest nivel, cum spunea soțul unei distinse academician, dispărută dintre noi în condiții tragice). Mass-media, de asemenea, a strâns rândurile în jurul academicianului demis de ministrul care nu pronunță complet denumirea comercială a poli-metacrilatului de metil. Se invocă faptul că NVZ este cel mai mare savant român în viață, are indicele Hirsch 42 și o sumedenie de articole publicate în Physical Review Letters (PRL, una din revistele de top ale fizicii). Indicele Hirsch 42 invocat (de fapt, este chiar 43 în momentul de față) la 68 de ani este bunicel, dar nu este chiar o realizare măreață. NVZ co-autorează, este adevărat, mai multe articole în PRL în perioada în care a lucrat în Statele Unite, însă este autor principal (prim și corespondent) numai pe o singură astfel de publicație. Întors în România, domnul proaspăt academician nu a mai realizat performanțe similare, cea mai prestigioasă revistă în care a publicat din țară fiind Physical Review C, revistă cu un factor de impact de aproape 3 ori mai mic decât PRL. Așadar, acest resume este unul bun, fără îndoială, însă există “savanți” români care-l depășesc pe NVZ la performanțe scientometrice. Sigur, dat fiind că, încă de la întoarcerea în țară (2004), NVZ a devenit Director General al IFIN–HH, ne putem imagina și că treburile manageriale, plus multiple alte responsabilități (șefia CNCS, CNATDCU, a Societății Române de Fizică, președinția Secției de Științe Fizice a Academiei Române) i-au răpit din timpul dedicat cercetării și, dacă ar fi rămas simplu cercetător în acest timp, numărul și prestigiul revistelor în care a publicat ar fi fost, cu siguranță, mult mai semnificativ.

Așa cum am promis, voi încerca să prezint un punct de vedere personal și pe cât posibil neutru, așa cum am perceput fenomenul ELI–NP gravitînd în juru-i pe o orbită cu elipticitate extremă.

Scurtă istorie a ELI. Viitorul nobelist Gérard Mourou a lucrat în Statele Unite până la vârsta de 61 ani, în 2005, după care, până la vârsta de 64 ani, în 2008, a fost directorul laboratorului de optică aplicată de la Ecole Polytechnique din Franța. Pensionarea (probabilă) a domnului Mourou în Franța a coincis oarecum cu intrarea României în Uniunea Europeană, deci și cu abilitatea acestei țărișoare de a începe să acceseze fonduri structurale, inclusiv pentru cercetare, iar domnul Mourou s-a simțit brusc atras de farmecul plaiurilor Mioriței și ale Meșterului Manole. S-a făcut lobby-ul necesar pentru includerea laserilor de foarte mare putere în primul ESFRI (European Strategy Forum on Research Infrastructures) Roadmap din 2006. Se știa cam cum se pot obține laseri de mare putere, nu prea se știa la ce pot fi folosiți, drept care U.E. a lansat un proiect intitulat ELI – Preparatory Phase (ELI–PP), în care aproape toate țările din Uniune au pus (contra cost, evident) la dispoziția consorțiului format cîte o echipă care să lucreze la “rafinarea” proiectului de infrastructură mare, în special în a detecta ce se poate face cu un astfel de laser. Un rezultat extrem de important al ELI–PP trebuia să fie recomandarea unde să se realizeze, până la urmă, mega-laserul european. România era puternic susținută de Franța, via G. Mourou; însă laserii de mare putere nu înseamnă numai Mourou, Thales, Ecole Polytechnique. Și germanii, și britanicii aveau rezultate și interese în această zonă, iar germanii susțineau Cehia, după care a apărut candidatul Ungaria, susținut de Ferenc Krausz, directorul institutului Max Planck pentru optică cuantică din Garching, specialist în pulsuri laser ultrascurte. Din România a participat la proiect o echipă de la INFLPR. Academicianul NVZ nu apăruse încă în constelația laser a Europei.

Rezultatul reflecțiilor aprofundate ale ELI–PP a fost, inițial, că vor trebui făcute două infrastructuri, una pentru puteri foarte mari, alta pentru pulsuri ultrascurte. Laserul de putere mare urma să aibă o sumedenie de aplicații în fizica atomică, moleculară, plasmă, generare de raze X și de alte fascicule etc. Laserul cu pulsuri ultrascurte (atosecundă, adică o miliardime de miliardime de secundă) ar deschide o nouă eră în fizică, aceea a observării în timp real a schimbărilor configurațiilor electronice (de exemplu să vizualizezi în timp real ce se întâmplă cu norii electronici atomici sau moleculari în timpul diferitelor procese), un progres față de vizualizarea dinamicii atomilor sau ionilor, posibilă încă din anii 1980 cu pulsuri cu durata de ordinul femtosecundelor, adică de o mie de ori mai lungi. Laserul de mare putere urma să fie instalat în Cehia (actualul ELI–Beamlines), cel de pulsuri ultrascurte în Ungaria (actualul ELI – Attosecond Light Pulse Source), iar vecinii noștri, condescendenți față de România care nu se alesese din toată afacerea cu nimic, au decis să facă această facilitate la Szeged, lângă noi, poate vin și ceva români interesați pe la ei. (Să nu mai spună careva că ungurii nu-i iubesc pe români.)

Răsturnarea de situație s-a produs, se pare, și după discuții la cel mai ridicat nivel (de președinți de state) și a avut loc la întâlnirea de final a ELI–PP. Acolo, din partea României s-a prezentat Prof. Marius Enăchescu, secretar de stat pentru cercetare la acel moment, secundat de NVZ. S-a obținut modificarea concluziilor proiectului ELI–PP, în sensul că vor trebui create nu două, ci trei infrastructuri, iar astfel a apărut ideea unei infrastructuri suplimentare, dedicate experimentelor cu laserul în fizica nucleară, deși un calcul naiv care înmulțește intensitatea câmpului electric previzionată a ajunge la 10 la puterea a cincisprezecea V/m (un milion de miliarde de volți pe metru) cu dimensiunea tipică a nucleelor de 1 femtometru (unu împărțit la valoarea enormă dinainte) dă o valoare a energiei de interacțiune a unei particule cu sarcina elementară de cca. un electronvolt, în timp ce tranzițiile nucleare implică energii de cel puțin câțiva kiloelectronvolți, cel mai adesea de megaelectronvolți, adică de sute de mii sau de milioane de ori mai ridicate. Probleme cu ordinele de mărime vor submina ulterior proiectul ELI–NP, după cum voi descrie în continuare. Oricum, “fotofizica nucleară” este o disciplină bine definită, însă aceasta implică emisia și absorbția de radiație gamma, cu energii ale unui foton mult mai ridicate decât ceea ce furnizează un laser de tip ELI.

O sinteză succintă a aplicațiilor laserului în fizica nucleară a fost făcută de NVZ (autor unic) în Eur. Phys. J. Special Topics 223, 1221–1227 (2014), accesibil online (https://www.eli-np.ro/scientific-papers/st223(6)029_final.pdf), un articol extrem de instructiv, în ciuda unor mici confuzii între intensitatea câmpului electric (care se măsoară în volți pe metru) și intensitatea radiației (puterea pe unitatea de suprafață, se măsoară în W pe metru pătrat): “At extremely high field strengths, 10^28 W/cm^2, the laser can directly interact with the nucleus”. Intensitatea radiației (radiation intensity) este modulul vectorului Poynting, care este produsul vectorial dintre intensitatea (field strength) câmpului electric și aceea a câmpului magnetic dintr-o undă electromagnetică, domnule Președinte al Secției de Științe Fizice a Academiei Române. O altă observație este, că pentru a se putea induce interacțiuni directe ale laserului cu nucleul, mai lipsesc 5 ordine de mărime, adică un factor de 100 de mii față de intensitatea radiației care va fi produsă la ELI – NP, 10 la puterea 23 W pe metru pătrat, conform aceluiași articol.

Redefinirea luminii. Aici a apărut ideea de geniu (nu fizic, ci managerial, semantic, lingvistic, filosofic dacă vreți) cristalizată de echipa NVZ. Ce este, până la urmă, lumina? Radiație electromagnetică. Și cum ar arăta o radiație electromagnetică extremă? Poate fi extremă prin intensitatea fasciculului incident, dar poate fi extremă și prin energia transportată de un singur foton. Adică, o sursă de radiație gamma, eventual mult mai intensă decât ce există în prezent, poate fi văzută ca “lumină extremă”. La urma urmei, și laserul de safir dopat cu titan (modelul folosit la laserii de mare putere a ELI–NP) emite cel mai adesea în infraroșu, dar spunem că este lumină extremă. De ce infraroșul ar fi lumină și radiația gamma nu? Trebuie neapărat să vedem noi lumina? Astfel, s-a cuplat pe proiectul laserilor în infraroșu de mare putere și sursa gamma de intensitate fără precedent, produsă prin împrăștierea Compton inversă, pornindu-se tot de la radiația unui laser (altul decât cel “mare”), pe electronii relativiști dintr-un accelerator de particule. Conceptul exista și a fost dezvoltat în special în Statele Unite, la laboratoarele Livermore din California sau la HIGS (high intensity gamma source) la Duke University, North Carolina. Era cazul ca și Europa să dispună de o facilitate similară.

Ideea de geniu managerial, semantic sau lingvistic și propunerea dezvoltării unei asemenea surse de raze gamma a făcut ca imediat în jurul proiectului să se condenseze toată floarea fizicii nucleare. Existența unei asemenea surse ar fi fost extrem de importantă pentru această comunitate, fiind probabil comparabilă cu apariția primelor spectrometre pentru fizica atomică, permițând descoperirea liniilor spectrale și, la urma urmei, a mecanicii cuantice. O imagine exhaustivă a tranzițiilor nucleare ar fi permis avansări conceptuale considerabile în această disciplină. Bineînțeles, pe lângă aplicații practice de spectroscopie nucleară pentru detectarea cu contrast ridicat a nuclizilor. Inclusiv din containerele cu reziduuri radioactive sau din miezurile reactorilor nucleari, sau din tot felul de alte recipiente care ajung prin diferite locuri. Sau inducerea de tranziții controlate, prin care se poate accelera dezintegrarea radioactivă a anumitor nuclizi. Chiar părea extrem de promițător, dacă ținem cont de caracteristicile stipulate inițial pentru această sursă gamma: 10 la puterea a treisprezecea (zece mii de miliarde) fotoni gamma pe secundă într-o bandă de energie de 0,1 %, adică între 0,9995 și 1,0005 din energia selectată, energie maximă 19 megaelectronvolți (MeV). Sau, o altă valoare pe care s-a pedalat mult la începuturi era aceea a densității spectrale de radiație, 1 milion de fotoni pe secundă și pe eV. Era, într-adevăr, o intensitate fără precedent și am calculat la un moment dat că un spectru complet pentru un nuclid ar fi durat până într-o zi. În câțiva ani, ELI–NP ar fi permis investigarea completă a tuturor excitațiilor gamma pentru toți nuclizii cunoscuți. Asemenea propuneri se regăsesc în ELI-NP Whitebook, “Biblia” noii facilități.

În ceea ce privește laserul, cele mai multe aplicații erau mai degrabă în domeniul fizicii acceleratorilor decât al fizicii nucleare, bazându-se pe accelerarea instantanee a electronilor, urmată de aceea a ionilor pozitivi rămași după ce pleacă electronii, atunci când laserul întâlnește o țintă de grosime nanometrică. Eventual, acești ioni puteau proveni dintr-o țintă radioactivă și puteau fi dirijați spre altă țintă cu proprietăți similare, cu scopul de a produce felurite nuclee exotice, prin mecanisme combinate fuziune-fisiune. Sau particulele pozitive puteau pur și simplu să fie protoni, ceea ce permitea producerea de protoni relativiști doar prin simpla interacțiune cu laserul. Mai greu a fost cu experiențele combinate de cuplare a fasciculului gamma cu laserul de mare putere. Aici vorbim în special de testări fundamentale ale teoriilor de câmp existente. În fine, când tot ce ai este un ciocan, tot ce găsești în jur începe să semene a cuie. Iar când ai două ciocane, cu atât mai mult.

Chiar și vidul devine un cui în anumite condiții: lovindu-l cum trebuie, s-ar putea să producă din senin perechi electron-pozitron, sau s-ar putea întâmpla ca doi fotoni să se ciocnească unul de celălalt, contrazicând tot ce se învață la școală despre independența razelor de lumină.

Ce se spune în media. Pentru cei care nu se excită prea tare la chestiunile acestea fundamentale, merită atunci să vorbim despre aplicațiile rostogolite obsesiv în mediile de informare în masă în ultimii ani:

a) Laserul de la Măgurele tratează cancerul (mai nou, se pare, și Covidul). Originea acestei exagerări este că, într-adevăr, laserul de mare putere poate fi utilizat pentru accelerarea de protoni relativiști, iar aceștia pot fi utilizați pentru protonterapie. Dacă se realizează suficient de multe experimente și se optimizează acest proces, s-ar putea demonstra conceptul de “table-top accelerator”, adică un accelerator de particule de dimensiuni reduse și, se speră, cu un cost mai redus decât cele existente la ora actuală. În felul acesta, orice spital de dimensiuni medii și nu doar centrele mari și-ar permite asemenea instalații de protonterapie. Însă nu la ELI–NP se va trata vreun cancer. Acolo se va valida doar conceptul în urma căruia să poată fi propuși niște noi acceleratori de protoni, mai mici și mai ieftini. Este un drum extrem de lung de urmat de la primele experimente de succes cu laserul pe ținta de grosime nanometrică până la propunerea unei soluții alternative, economic viabile și certificate din punct de vedere medical, de generare a protonilor accelerați.

b) Laserul de la Măgurele neutralizează deșeurile radioactive. Aici nu mai este vorba de laser, ci de sursa gamma care, așa cum am amintit anterior, ar putea în anumite condiții să realizeze o transmutare accelerată a elementelor radioactive, practic neutralizându-le. Însă de la demonstrarea că așa ceva este posibil până la realizarea practică este cale lungă. Iarăși, blestematele acelea de ordine de mărime (pentru ușurința citirii, am introdus salturi de linie, pentru că până la urmă are și ceva fior poetic povestea de mai jos):

– dacă secțiunea eficace de interacțiune este de ordinul 1 barn (10 la puterea minus 28 metri pătrați)

– și densitatea atomilor dintr-un solid cam 10 la puterea douăzeci și nouă pe metru cub,

– coeficientul de absorbție rezultă aproximativ 10,

– deci să zicem că în 30 de cm se absoarbe cam toată (adică vreo 95 % din) radiația gamma care cade pe probă.

– În acești 30 cm sunt în linie dreaptă aproximativ 1,5 miliarde de atomi,

– iar intensitatea radiației era (inițial) de 1 milion de fotoni pe secundă și eV.

– Să zicem că domeniul spectral în care are loc absorbția care conduce la transmutația cu pricina este de ordinul maxim 100 keV.

– Atunci avem maxim 100 miliarde de fotoni absorbiți pe secundă care produc transmutații.

– Aceasta înseamnă că neutralizăm echivalentul unui rând de atomi în câteva sutimi de secundă (număr de atomi împărțit la număr de fotoni pe secundă).

– Cum pe o arie transversală de 10 ori 10 centrimetri pătrați găsim cam 10 la puterea a șaptesprezecea rânduri de atomi pe direcția perpendiculară,

– înseamnă că neutralizăm proba de 10 ori 10 ori 30 centimetri cubi în 10 la puterea a cincisprezecea secunde,

– adică vreo 30 și ceva de milioane de ani.

– Și am presupus că absolut toți fotonii produc transmutațiile dorite, nu se pierde nimic.

– Dacă materialul conține 1 % nuclee care trebuiesc transmutate, durata devine 300 mii de ani,

– Până atunci, poate că unele dintre nuclee se hotărăsc să se dezexcite fără vreun ajutor din exterior.

c) Laserul de la Măgurele poate fi folosit la identificarea elementelor fisile de proveniență teroristă. Este cât se poate de adevărat. Dar nu cu laserul, ci tot cu sursa gamma. Printr-o metodă inteligentă de creștere a contrastului, spectroscopia gamma folosind o asemenea sursă adaptată la energia de absorbție a unui nucleu de interes poate detecta acest nucleu chiar dacă este ecranat cu material greu (plumb, de exemplu). De altfel, în urma prototipurilor elaborate în acest sens la Livermore, americanii au construit mai multe astfel de surse gamma pe care le-au instalat în zone de trafic intens de containere (porturi, etc.). Numai că aici ELI–NP n-ar produce nimic nou, cel puțin din punct de vedere al cercetării fundamentale.

d) Laserul de la Măgurele poate detecta materialul fisil rămas în reactorii nucleari și poate optimiza timpul de viață al acestor reactori. Și aceasta este adevărat. Numai că nu poți aduce nici ELI-ul la Cernavodă, nici centrala de la Cernavodă la ELI. Soluția ar fi tot surse gamma mobile, de uz general, așa cum realizează americanii de ceva vreme. Și, din nou, nu apare nicio știință nouă din această activitate. Probabil că mai trebuie dezvoltate ceva tehnici tomografice, aceasta presupunând că va trebui cumva rotită sursa gamma în jurul miezului reactorului. Am înțeles dintr-un workshop că în Germania se lucrează la așa ceva, Dna Merkel fiind în particular interesată, dată fiind reticența opiniei publice germane față de energia nucleară și de faptul că Germania are, totuși, foarte mare nevoie de energie.

e) ELI poate produce energie din nimic. Normal, doar dacă produce particule din vid, acestea sunt energie (Einstein), deci apare energie din nimic. Aberații, evident. Cum sunt și poveștile cu găurile negre sau teleportarea.

După ce am disecat aceste aplicații, vă rog acum să mă credeți pe cuvânt că ar rămâne două domenii fundamentale de explorat, acela extrem de bogat al spectroscopiei gamma și acela al dezvoltării de noi tehnici de accelerare cu laserul. Insist încă o dată: ELI–NP nu va trata niciodată cancerul.

Numai și pentru aceste lucruri, o facilitate ca ELI–NP merita să se facă. Numai că, de la demararea proiectului (2011–2012) până în prezent, echipa managerială a fost într-o eternă schimbare, în particular s-au schimbat doi directori științifici și 4 (patru) directori tehnici. Acum, postul de Director Tehnic este din nou scos la concurs. Responsabilii de departamente, de asemenea, s-au tot rotit. Ori, pentru o asemenea antrepriză, directorul tehnic și șefii cei mici sunt personajele esențiale, dat fiind și că liderul proiectului, NVZ, era și director general la cel mai mare institut din țară și a cam fost șeful celor mai multe comisii de genul CNATDCU, CNCS etc. Dacă nu pleci la un asemenea proiect cu o echipă managerială extrem de sudată, nu ai nicio șansă de reușită. Lăsăm la o parte faptul că s-a dorit ca toate institutele de pe Platforma Măgurele (și nu numai) să fie implicate în acest proiect, dar colaborarea inițială a încetat în momentul în care proiectul a fost finanțat. Și nu din vina celorlalte institute.

Citeste intreg articolul si comenteaza pe contributors.ro