Darbs, kas var aizvest pie atklājumiem, par ko nevienam vēl nav pat nojausmas

"Šķiet, par elektronu dejām un horeogrāfiju visi jau ir dzirdējuši," Elīna Pavlovska pasmaida par pašas un kolēģu metaforām, kas izmantotas, dažādās intervijās cenšoties izskaidrot, kāpēc ir svarīgi noskaidrot, kas ietekmē elektronu uzvedību un kādas likumsakarības tajā novērotas. Elementārdaļiņas un to mijiedarbība raksturota, gan salīdzinot ar bumbām, ko met pret sienu, gan ar pasažieriem, kas drūzmējas tramvajā un izvēlas izeju, bet kā virzienu dzīvē izvēlējusies pati pētniece?

"Nepavisam nebija tā, ka jau no bērnudārza gribēju būt fiziķe, ka fiziķi bija visi manā ģimenē. Nē! Tuvākajos rados, cik es zinu, fiziķu, tādu eksakto cilvēku daudz nav," stāsta Elīna. Iespējams, interesi par pētīšanu, vēlmi iedziļināties viņa aizguvusi no vecvecākiem – vēstures doktoriem, kuri daudz piedalījušies Elīnas audzināšanā bērnībā. "Varbūt zinātnes ceļš, izzināšanas vēlme, nepieciešamība uzdot jautājumus un nebīties nāk no viņiem."

Ar fiziku Elīna iepazinusies 8. klasē, kad šis priekšmets iekļauts mācību programmā. Izklausīsies klišejiski, bet tā bijusi mīlestība no pirmā acu uzmetiena.

“Pēkšņi es ieraudzīju, ka tādas, man iepriekš pilnīgi mistiskas lietas, var ļoti skaisti formalizēt, organizēt tādā skaistā, matemātiskā valodā un izskaidrot, piemēram, jebkuru kustību vai, teiksim, miglu, gaismu vai negaisu, vai to, kā veidojas attēls.”

Rīgas 1. ģimnāzijas fizikas skolotāja Ata Krūmiņa pamanījusi, ka skolniecei ir interese un izdodas, tāpēc jau drīz devusi arvien sarežģītākus uzdevumus un sūtījusi uz arvien augstāka līmeņa fizikas olimpiādēm. "Turpināt pievērsties fizikai motivēja gan sacensības gars, gan arī tas, ka ir jautājumi, kas nav tik viegli atbildami, kā skolas solā sēžot," Elīna apraksta, kā gluži dabiski kļuvusi par fizikas studenti un pētnieci ar interesi tieši par elektronu kustību – ar to cieši saistīts gan pētījums, kas aprakstīts zinātnes izdevumā "Nature", gan viņas topošā doktora disertācija LU tenūrprofesora fizikā Vjačeslava Kaščejeva vadībā, gan arī pētījums, kas bijis kā iepriekšējais pakāpiens.

"Kopā ar kolēģiem no Grenobles pētījām, kas notiek, ja ir līdz pieciem elektroniem, bet pirms tam ķēros pie pētījuma ar diviem elektroniem, kad uzsāku savu doktorantūru," skaidro zinātniece. "Pētījumā ar pieciem elektroniem izmantojām kolaideru jab daļiņu paātrinātāju, un arī iepriekš Vācijas Nacionālajā metroloģijas institūtā mūsu izcilais kolēģis un partneris Nīls Ūbelode (Niels Ubbelohde) bija izveidojis šādu kolaideru diviem elektroniem: tie katrs no savas puses nāk, saduras, izkliedējas. Un tad tiek samērīts, kāds ir šīs izkliedēšanās rezultāts.

"Eksperiments realizēts ar ārkārtīgi augstu precizitāti, tādējādi eksperimentālais sasniegums bijis tāds, ka elektronus bijis iespējams kontrolēt ar sekundes triljonās daļas – ar pikosekundes – precizitāti. "Es joprojām domās atgriežos pie šīs interesantās ierīces," stāsta Elīna. "Zināms, ka elektriskā strāva ir elektronu plūsma – miljoniem, triljoniem elektronu plūsma –, bet jautājums, kas būtu mazākais sensors jeb mazākā strāvā. Droši vien, ka viens elektrons! Un izrādās, ka viens elektrons jūt otru elektronu. Ja tas ir viens, tas uzvedas citādi, nekā tad, ja ir vēl kāds."

"Šādam elektronu sadursmes eksperimentam vajadzēja arī teoriju, un es pie tās sāku strādāt kopā ar savu vadītāju Vjačeslavu Kaščejevu," stāsta pētniece, piebilstot, ka viņai tā bijusi pirmā kopdarba pieredze ar eksperimentētājiem. Izrādījies, ka līdzīgi eksperimenti notikuši arī Lielbritānijā, Nacionālajā fizikas laboratorijā Londonā, un Elīnas radītā teorija darbojas, aprakstot arī šos pētījumus. Nedaudz atšķirīgs, bet līdzīga virziena pētījums realizēts Grenoblē. "Un tie bija mūsu nākamie partneri." Par divu elektronu pētījumiem tapušas trīs publikācijas, kas klajā nākušas vienlaikus vienā un tajā pašā izdevumā. Tās lielā mērā arī kalpojušas par pamatu turpmākai sadarbībai.

“Teorētiķim sastrādāties ar eksperimentētāju esot kā sarunāties vienā valodā, bet ļoti atšķirīgos dialektos.”

"Instrumentu autori būvē visas šīs skaistās iekārtas, viņiem ir tik daudz izaicinājumu, viņi tās dzesē līdz mīnus 270 grādiem pēc Celsija un tamlīdzīgi, bet mēs sēžam pie datora vai pie tāfeles un mēģinām izdomāt teoriju," apraksta Elīna, uzsverot, ka tieši nepieciešamība spēt saprasties, sarunāties vienā valodā un pēc tam sasniegumus izskaidrot plašākai sabiedrībai arī fiziku padara par sociālu zinātni.

Elektronu sadursmes eksperimentā komunikācija ar franču pētniekiem notikusi angliski, un savu tiesu laika prasījusi tieši fizikas "pārtulkošana", proti, teorētiķi nereti darbojas bezdimensiju mērvienībās, turpretī praktiķiem ir iekārtas, kurās mēra garumu, elektrisko vai magnētisko lauku un citus konkrētus lielumus. Augstos sasniegumus nodrošinājusi tieši spēja saprasties, vēlreiz pasvītro zinātniece.

"Grenoblē notika milzīgs eksperimentāls sasniegums – tika salikti vēl trīs, četri un pieci elektroni. Es ar šiem datiem atbraucu mājās, domāju, domāju un tad aizgāju pie Slavas," doktora darba vadītāju Elīna uzrunā kā tuvu draugu.

"Viņš man pateica tikai vienu vārdu – kumulanti. Te nu jāteic – lai cik tu būtu kā jauns zinātnieks ambiciozs, centīgs vai talantīgs, apkārt ir nepieciešami cilvēki, kuri vada, iedvesmo. Un manā gadījumā tas ir Slava – viņš man pasniegs roku un izvedīs no meža, ja būšu apmaldījusies. Šajā gadījumā tas bija šis viens vārds, šī ideja. Sāku pētīt literatūru, kas ir tie kumulanti. Ātri vien kļuva skaidrs, kur ir pareizais virziens, jo iepriekš viss bija tāds samudžināts, skaistās dejas neatklājās. Sapratu, ka jārēķina kaut kas cits, un sekoja pavērsiens. Tad jau viss kļuva skaisti sakārtots, izdalīts pa kārtām, pa pāru dejām, pa trim, pa četriem… Redzēju skaistos vilnīšus, horeogrāfijas rakstus, kuru nebija, ja nenotika elektronu mijiedarbība – tad bija vienkārši taisna, garlaicīga līnija. Tas ļāva pilnīgi citādāk paskatīties uz šo sistēmu, labāk atklāt noteiktas īpašības."

Tas, ko Elīna apraksta, tika paveikts aptuveni sešos mēnešos, bet tas bijis tikai sākums lielam komandas darbam, sekojis vēl gads pētījumu un aprakstīšanas. "Esmu ļoti pateicīga, ka šim darbam man bija dots viss manas doktorantūras laiks, jo citkārt ir jūtams, ka ir spiediens ātrāk publicēties, lai būtu kāds apliecinājums, ka pētījums virzās uz priekšu," uzsver pētniece. "Slava nestāvēja blakus ar pulksteni, nespieda mani, neskubināja – nu, kur ir rezultāts? Laba zinātne prasa laiku. Ļoti novērtēju, ka varējām to darīt savā ātrumā." Un tas atmaksājies – publicēti nevis puscepti, bet rūpīgi pārbaudīti un augstvērtīgi rezultāti prestižā izdevumā. Pilnīgi noteikti ar to pētījumiem nav pielikts punkts, daļiņu dejās ir vēl daudz nezināmā, tāpēc Elīna Pavlovska cer – viņas panākumi kalpos par iedvesmu un iedrošinājumu citiem jauniem zinātniekiem.

Tieši to var uzskatīt par vienu no būtiskākajiem šī izcilā fundamentālās zinātnes sasnieguma pozitīvajiem blakusefektiem, tāpat arī jauniegūtos sadarbības partnerus.

Labāka matērijas uzvedības izpratne ir arī nepieciešamais starpposms un substrāts jaunu tehnoloģiju attīstībā – jaunatklātā metode ir pietiekami universāla, lai to izmantotu, pētot arī eksotiskās kvantu daļiņas un to grupēšanos. Tomēr ir pāragri solīt, ka šī procesa iznākums noteikti būs kaut kas "taustāms", teiksim, kvantu skaitļotājs, ko tā cer uzbūvēt daudzi zinātnieki. Šis ir tikai viens no pirmajiem soļiem pētījumu virknē, kas, iespējams, var aizvest pie kaut kā tāda, par ko nevienam patlaban vēl nav pat nojausmas.

Iedvesmojošas sarunas ar LU pētniekiem un darbiniekiem rudens “Alma Mater” izdevumā.

"Nature" publikācija tapusi, sadarbojoties Nēla Institūta Francijā, LU un Rūras Universitātes Bohumā, Vācijā, pētniekiem. LU pētnieku grupu veidoja Elīna Pavlovska, Ralfs Šuba un Vjačeslavs Kaščejevs (LU Eksakto zinātņu un tehnoloģiju fakultāte). Pētījums tapis ar Eiropas Savienības Atveseļošanas fonda projekta "Kvantu tehnoloģiju iniciatīva" (Nr. 2.3.1.1.i.0/1/22/I/CFLA/001) un Latvijas Zinātnes padomes Fundamentālo un lietišķo pētījumu programmas projekta "Iespējošā pētniecība vienelektronu kvantu tehnoloģijām" (Nr. lzp-2021/1-0232) atbalstu.