Vilniaus universiteto (VU) Fizikos fakulteto doktorantė Rūta Racz tyrimus vykdo Europos branduolinių mokslinių tyrimų organizacijoje (CERN). Ji yra pirmoji VU doktorantė ir pirmoji moteris iš Lietuvos, kuri dirba viename iš pagrindinių didžiausių CERN eksperimentų – LHCb (angl. Large Hadron Collider beauty).
Rūta Racz. Asmeninio archyvo nuotr.
Aiškinamasi, kas vyko prieš 13,8 milijardo metų
Kai Lietuva 2018 m. tapo asocijuotąja CERN nare, galimybės Lietuvos mokslininkams ir studentams prisidėti prie pasaulinio lygio dalelių fizikos mokslinių tyrimų reikšmingai išsiplėtė. Jos dar labiau sustiprėjo, kai 2024 m. rugsėjį VU tapo oficialiu LHCb eksperimento institutu.
„Būtent šios atsivėrusios galimybės leido ir man pradėti doktorantūros studijas CERN LHCb eksperimente. Dirbdama šiame tarptautiniame kontekste, analizuoju vieną didžiausių duomenų rinkinių visoje Lietuvos mokslo istorijoje. Tai toks duomenų kiekis, kuriam apdoroti nepakaktų visų Lietuvoje esančių kompiuterių kartu sudėjus. Tokiems tyrimams būtina tarptautinė skaičiavimo infrastruktūra – visame pasaulyje veikiantys superkompiuteriai, sujungti į vieną bendrą tinklą“, – pasakoja doktorantė.
Nuo mūsų Visatos gimimo, Didžiojo sprogimo, praėjo 13,8 milijardo metų. Nors astronominiai stebėjimai suteikia galimybę matyti, kaip vystėsi Visata, teleskopais matome ją tokią, kokia ji buvo praėjus 380 000 metų po Didžiojo sprogimo.
„Ankstesnis laikotarpis lieka „nematomas“, nes tuo metu Visatoje dar nebuvo sąlygų, leidžiančių laisvai sklisti šviesai. CERN vykdomi eksperimentai leidžia laboratorijoje tirti fundamentinius procesus, kurie vyko ankstyvojoje Visatoje ir kurių neįmanoma tiesiogiai stebėti teleskopais. Taip galime atkurti sąlygas, artimas toms, kurios egzistavo praėjus vos milijoninėms sekundės dalims po Didžiojo sprogimo“, – paaiškina R. Racz ir priduria, kad CERN plėtojamos technologijos ir vykdoma analizė leidžia „laiką atsukti“ dar labiau.
CERN dalelių fizikos laboratorijose, vykdant LHCb eksperimentą, mokslininkai siekia suprasti, kaip iš pačių mažiausių Visatos „statybinių blokų“ susidaro sudėtinga materija ir kokie dėsniai lemia jos elgesį. Šio eksperimento tyrimai padeda aiškintis, kodėl Visata atrodo būtent taip, kaip ją matome šiandien. „Tokie tyrimai ir duomenų analizė reikalauja ne tik fizikos, bet ir matematikos, statistikos ir programavimo žinių, todėl mano doktorantūros studijos tokios įdomios ir įvairiapusės“, – džiaugiasi jaunoji mokslininkė.
Asmeninio archyvo nuotr.
VU Fizikos fakulteto Fotonikos ir nanotechnologijų instituto jaunesnioji laborantė vardija ir keletą tokios doktorantūros privalumų, pabrėždama laisvę pasirinkti darbo vietą ir laiką. „Savo analizę galiu atlikti tiek pačiame CERN Ženevoje, tiek savo virtuvėje trečią valandą nakties, jei tik noriu. Man ypač svarbi galimybė gyventi Lietuvoje ir kartu būti tarptautinio tyrimų centro dalimi. Tokia doktorantūra taip pat suteikia galimybes keliauti po visą pasaulį – tiek gilinti žinias mokymuose, tiek pristatyti savo tyrimų rezultatus mokslinėse konferencijose. Be to, skirtingai nei daugelyje kitų doktorantūrų, čia nejaučiamas atotrūkis nuo pagrindinių srities ekspertų. Dirbdama tarptautinėje LHCb bendruomenėje su geriausiais savo srities specialistais galiu tiesiogiai bendrauti kasdien – dažnai juos nuo mano darbo skiria vos kelios žinutės“, – pasakoja R. Racz.
Ieškoma egzotinių dalelių
Pasak R. Racz, Didžiajame hadronų greitintuve dalelės juda beveik nepertraukiamai, ištisus metus, todėl ir LHCb detektoriai veikia nuolat. Jų veikla turi būti visada stebima realiuoju laiku. Tam, kad viskas vyktų sklandžiai, prie LHCb prisideda beveik 1800 žmonių iš viso pasaulio – maždaug 1200 fizikų, profesoriai, tyrėjai, doktorantai ir dar keli šimtai inžinierių bei techninių specialistų, užtikrinančių sklandų sudėtingų sistemų darbą.
„LHCb valdymo kambaryje visada budi bent du žmonės. Dažniausiai tai tie patys mokslininkai ir doktorantai, kurie tuo pačiu metu vykdo savo nepriklausomus tyrimus ir duomenų analizę. Tokiose pamainose teko dirbti ir man. Kadangi esu labiau „pelėda“, dažniau rinkdavausi naktines pamainas – tuo metu valdymo kambaryje mažiau šurmulio, likdavau beveik viena su dešimtimis ekranų, pilnų skaičių, schemų ir grafikų. Tuo metu turėjau stebėti, kad visos sistemos veiktų teisingai, ir laiku pastebėti bet kokius nukrypimus“, – pasakoja doktorantė.
Viena pagrindinių LHCb vykdomų tyrimų krypčių – egzotinių ir labai retų dalelių paieškos. „Mums įprasta materija (visa tai, kas mus supa ir ką galime paliesti, taip pat ir mes patys) sudaryta iš protonų ir neutronų. Šios dalelės yra stabilios, arba, kitaip sakant, ilgaamžės, jos egzistuoja beveik nuo pat Didžiojo sprogimo ir tęs savo gyvenimą dar milijardus metų. Minėtieji protonai ir neutronai savo ruožtu yra sudaryti iš trijų kvarkų. Tačiau gamtos dėsniai leidžia egzistuoti sudėtingesnėms ir gerokai retesnėms dalelėms, kurios gali būti sudarytos iš keturių, penkių ar net šešių kvarkų“, – aiškina jaunoji mokslininkė.
Jos tyrimų sritis – pentakvarkų (dalelių iš 5 kvarkų) paieška. LHCb eksperimentas dėl savo unikalių detektorių struktūros šias daleles geba užfiksuoti. „Tai labai retos dalelės, egzistuojančios tik neįtikėtinai trumpą akimirką ir beveik iš karto suyrančios. Jas randame Didžiajame hadronų greitintuve dalelių susidūrimo metu. Tokią paiešką galima palyginti su bandymu didžiuliame triukšmingame mieste išgirsti vieną konkretų balsą“, – palygina R. Racz. Pentakvarkų moksliniai tyrimai atliekami tik keliose valstybėse – Japonijoje, Vokietijoje, Italijoje, Jungtinėje Karalystėje ir Lietuvoje.
Fizika padeda suprasti, kaip veikia pasaulis
„Išgirdę, kad dirbu fizikos srityje, daugelis žmonių sako: „Man mokykloje fizika nesisekė, todėl vėliau gyvenime šiuo dalyku nebesidomėjau.“ Jei atvirai, mokykloje fizika ir man ne visada sekėsi tobulai“, – prisimena R. Racz.
Jaunoji mokslininkė pasakoja, kad domėtis fizika pastūmėjo noras suprasti, kaip veikia pasaulis aplink mus. „Kodėl lėktuvai skrenda, kodėl įsielektrinę plaukai pakyla, kodėl veikia magnetai, kodėl ekranai reaguoja į mūsų prisilietimą. Man neužteko gyventi pasaulyje, kuriame kasdien matau reiškinius, bet nesuprantu jų iš esmės“, – teigia ji.
R. Racz studijavo fiziką VU. „Baigusi magistrantūros studijas, maniau, kad, kaip ir daugelis, pasuksiu į privatų sektorių ir tuo mano akademinis kelias baigsis. Tačiau po metų supratau, kad mano smegenims trūksta darbo – norėjau ne tik taikyti žinias, bet ir toliau mokytis. Būtent taip atėjau iki dalelių fizikos – srities, kuri tiria pasaulį pačiame fundamentaliausiame lygmenyje“, – sako fizikė.
Bendraudama su moksleiviais ji pastebi jų smalsumą ir susidomėjimą fizika, tačiau ir abejones. „Nebūtina būti geriausiam klasėje, kad galėtum siekti to, kas tave iš tikrųjų domina. Smalsumas, pastangos ir noras suprasti yra svarbiausi kriterijai renkantis fiziko kelią“, – drąsina ji.
Doktorantė dalinasi savo žiniomis ir ekspertize su moksleiviais, skaito paskaitas apie didžiausią pasaulyje fizikos laboratoriją ir mokslininkų pasiekimus, prisideda prie mokslo komunikacijos iniciatyvų. Ji yra naujausio fizikos leidinio mokytojams „Fizikos metodinis leidinys“ bendraautorė.
R. Razc doktorantūros tyrimui vadovauja VU dalelių fizikas, „LHCb Vilnius“ grupės vadovas dr. Mindaugas Šarpis. 2024 m. LHCb kolaboracijos tarybos sprendimu VU buvo priimtas kaip naujas šio prestižinio eksperimento institutas. Po dvejų metų ši partnerystė pasieks naują etapą – rugsėjo mėnesį Vilniuje pirmą kartą vyks LHCb savaitė, kasmetinis vienas didžiausių LHCb eksperimento susitikimų. Jame dalyvaus apie 600 fizikų iš viso pasaulio.
2025 m. rudenį Lietuvos aukštosios mokyklos, tarp jų ir VU, CERN pasirašė memorandumą dėl Ateities žiedinio greitintuvo (angl. Future Circular Collider, FCC) projekto galimybių studijos. Be to, Lietuva ir CERN stiprina strateginę partnerystę. Didžiausia pasaulyje dalelių fizikos laboratorija CERN vienija mokslininkus ir mokslininkes iš daugiau kaip šimto valstybių. Šveicarijos ir Prancūzijos pasienyje įsikūrusioje organizacijoje atliekami eksperimentai, siekiant suprasti elementariąsias daleles ir sąveikas tarp jų. Lietuva asocijuotąja Europos branduolinių mokslinių tyrimų organizacijos CERN nare tapo 2018 m.