Hrvatska astrofizičarka sudjelovala u Nobelom nagrađenom istraživanju neutrina

Najveća vijest ovih dana ona je o dodjeli Nobelovih nagrada. Ona za fiziku odlazi u ruke Francisa Halzena. Belgijsko-američki znanstvenik primijetio je da se led na Južnom Polu može koristiti za detekciju i praćenje neutrino čestica. Riječ je o česticama koje prolaze kroz nebeska, ali i ljudska tijela - a da pritom ne ostavljaju nikakav trag. Zahvaljujući Halzenu, 2011. osnovan je IceCube Neutrino Opservatorij: kubični kilometar leda opremljen senzorima na kojem znanstvenici mogu pratiti neutrino čestice nastale tijekom snažnih energetskih procesa u dalekom svemiru. Među njima je i hrvatska astrofizičarka Leonora Kardum, koja je tijekom svog doktorskog studija boravila u IceCube istraživačkom centru na Sveučilištu Wisconsin. 

Gostovanje hrvatske astrofizičarke i što još donosimo u Svijetu znanosti pogledajte danas u 16.14 h, HTV 2. 

Hrvatska astrofizičarka ističe interdisciplinarnost i međunarodnu suradnju kao ključne elemente ovog projekta.

- Odlično mi je bilo iskustvo, i profesionalno i osobno. Mislim da je najzanimljivije kad radite za tako jedan veliki projekt ta interdisciplinarnost jer IceCube zapošljava i znanstvenike i inženjere iz raznih disciplina. Kad se bavite istraživanjem, kao što sam se ja bavila istraživanjem astrofizičkih neutrina, morate surađivati sa stručnjacima iz elektronike i sa znanstvenicima koji proučavaju svojstva leda, znanstvenicima koji proučavaju atmosferu, jer su to dosta kompleksne analize koje uključuju efekte iz svih tih područja. Kad ste u takvoj suradnji, svaki dan naučite nešto novo.

IceCube, dodaje Kardum, zapošljava ljude iz čak 14 država, odnosno 58 instituta.

- Svi su ti instituti i fakulteti usmjereni na nešto drugačije. Moj tim s mog sveučilišta je bio usmjeren na nove metode analize podataka i strojnog učenja, pa sam tako i ja, kroz svoj doprinos toj kolaboraciji, najviše radila na tome.

Kardum je imala priliku surađivati s Francisom Halzenom, kojeg opisuje kao genijalnog fizičara i predanog znanstvenika.

- Francis Halzen, osim što je stvarno genijalan fizičar, impresivan je po toj svojoj posvećenosti tom našem projektu. Još 1988., kao što znate, je osmislio IceCube i od tada nadgleda i sudjeluje u istraživanju. Dakle, za to je trebalo desetljeća posvećenosti i okupiti stvarno velik broj stručnjaka. I nije samo izvrstan fizičar, mogu vam reći da je Francis Halzen stvarno i kao osoba vrlo drag.

Uloga Leonore Kardum i ključna otkrića

Među najvažnijim otkrićima IceCube Opservatorija od njegova osnutka ističe potvrdu postojanja astrofizičkih neutrina 2013., identifikaciju izvora neutrina iz aktivne galaktičke jezgre 2017., te otkriće neutrina iz galaktičke ravnine Mliječnog puta 2022. godine.

- Dakle, 2013., dvije godine nakon što je IceCube zapravo počeo s radom, već je pokazano da postoje astrofizički neutrini, odnosno neutrini koji nisu nastali u našoj atmosferi, ne dolaze sa Zemlje, nego dolaze iz dubokog svemira. I tu započinje ta neutrinska astrofizika. Također, 2017. godine, kad je IceCube prvi put opazio visokoenergetski neutrino. Također su drugi eksperimenti, odnosno gama teleskopi, uočili povećano zračenje iz istog izvora, bar iz istog smjera. Radilo se o aktivnoj galaktičkoj jezgri, odnosno blazaru, i to je bilo jako važno.

- Meni najdraži i najvažniji, ne samo zato što sam se i ja tu pronašla, je 2022., kad je IceCube zapravo opazio da dolaze neutrini i iz naše galaktičke ravnine, odnosno Mliječnog puta. To je bilo vrlo zanimljivo istraživanje i mislim da je toliko utjecajno jer je pokazalo ne samo kako proučavanje neutrina nam može reći mnogo i o našoj galaksiji i o nekim objektima izvan nje, nego je stvarno za to istraživanje bilo potrebno vrlo, vrlo napredne metode strojnog učenja i umjetne inteligencije jer se radilo o vrlo slabom signalu.

IceCube je objašnjava, tada pokazao da ne samo da je stvarno izvrstan u neutrinskoj astronomiji, nego je izvrstan i u razvoju umjetne inteligencije za fiziku.

Neutrino čestice su posebno zanimljive zbog svoje neuhvatljivosti i sposobnosti da putuju kroz svemir bez ometanja. IceCube je spoj čestične fizike i astrofizike te koristi napredne metode umjetne inteligencije za analizu podataka.

- Nemaju naboj, vrlo su lagani, odnosno njihovu masu čak ni ne znamo precizno. Premale za precizno mjerenje, vrlo imaju rijetke interakcije s okolinom i baš zato mogu putovati tako velike udaljenosti kroz svemir i napokon doći kod nas na Zemlju gdje ih mi možemo proučavati. Tako nekako sam se ja usmjerila na tu neutrinsku astronomiju jer je bila kompleksna i zanimljiva, a ako ste zainteresirani za to, IceCube je vjerojatno najbolje mjesto za proučavanje toga. I mislim da je IceCube odličan primjer jednog dobrog eksperimenta, zato što je on zapravo detektor u svrhu teleskopa, tako da spaja čestičnu fiziku i astrofiziku i spaja to istraživanje naprednih metoda analize podataka.

Nakon doktorata, Kardum je nastavila istraživanja u Parizu, fokusirajući se na kozmičko mikrovalno zračenje i razvoj umjetne inteligencije u fizici.

- Trenutačno istražujem pozadinsko zračenje, odnosno kozmičko mikrovalno zračenje. To je vrlo staro svjetlo koje je nastalo u samim počecima svemira, odnosno kad je svemir bio jako mlad, samo oko 380 000 godina, u usporedbi s više od 13 milijardi godina koliko ima danas. Laboratorij u kojem ja radim se također bavi, to je laboratorij za astrofiziku i kozmologiju, tako da se također bavi i neutrinima, ali ja sam se preusmjerila u drugo područje jer bih voljela razvijati te analize podataka koje sam stekla u IceCubeu, proširiti ih i naučiti kako se općenito umjetna inteligencija može primijeniti u fizici.

Otkriće stoljeća za astrofiziku?

Očekuje se da će nova generacija opservatorija omogućiti praćenje ekstremnih svemirskih događaja poput supernova kroz više vrsta signala.

- Što se tiče IceCube-a i općenito neutrina, imamo potvrdu da dolaze iz tih nekih ekstremnih objekata u svemiru, ali nemamo točno objašnjene mehanizme kako nastaju. Nadam se da će to biti objašnjeno kroz sljedećih nekoliko godina. IceCube dobiva upgrade, odnosno IceCube Gen 2 ili IceCube generacije 2 će biti spreman za korištenje 2028. Sad ima 5 600 tih optičkih modula. Nakon te nadogradnje raspolagat će se s 9 600 modula i moći će uočavati oko 10 puta više neutrina nego što to može danas. Izgradnja i znanost je već u tijeku i mi se svi nadamo, uključujući mene, da će ono što ćemo opaziti s IceCubeom generacije 2 ili s ostalim eksperimentima biti neki ekstremni događaj, recimo neka supernova, da ćemo je opaziti kroz neutrine u IceCube-u i kroz druge eksperimente, recimo gama teleskope i gravitacijske eksperimente.

- To bi onda nama dalo jednu kompletnu sliku jednog takvog događaja kroz neutrine, elektromagnetsko zračenje i gravitaciju odjednom. I stvarno, ako se dogodi tako nešto i uočimo ga iz više eksperimenata odjednom, mislim da će to biti otkriće stoljeća za astrofiziku, zaključuje Kardum.