Tsunami po narudžbi

Nedavno objavljena studija u uglednom časopisu Nature Physics predstavila je nanoptički čip koji omogućuje stvaranje i kontroliranje otpadničkih valova nanorazine. Inovativni čip razvio je međunarodni tim fizičara na čelu s Andreom Fratalocchijem, docentom na Odsjeku računarstva, matematike i inženjerstva na KAUST-u (King Abdullah University of Science and Technologies) iz Saudijske Arabije, a očekuje se da će imati veliku ulogu u energetskim istraživanjima i sigurnosti okoliša. Možete li zamisliti koliko je energije u tsunamiju ili tornadu? Energija je svuda oko nas, ali je uglavnom u mirnom stanju. No postoje trenuci u vremenu kada se velike količine energije nakupe spontano i kreiraju rijetke fenomene, potencijalno katastrofalnih razmjera. Upravo tu pojavu opisuju otpadnički valovi, koje još nazivaju monstruoznim, ekstremnim, abnormalnim valovima koji su relativno veliki, a i spontano niču na površini oceana na dalekom otvorenom moru. Mogu ugroziti i najveće današnje brodove, ali još uvijek je dobrim dijelom misterij kako ti događaji nastaju. Važno istraživanje Fratalocchijeva tima napokon je odškrinulo vrata spoznaji o njihovom nastanku.

Kako bi otkrio prirodne mehanizme koji stoje iza tih visokoenergetskih fenomena, Andrea Fratalocchi predvodio je tim istraživača iz Saudijske Arabije, te s još tri europska sveučilišta i istraživačka centra. Taj međunarodni tim pokusao je razumjeti dinamiku takvih destruktivnih događaja i kontrolirati njihovo formiranje unutar novih optičkih čipova, a što pak može omogućiti razvoj raznih tehnoloških rješenja. – Uvijek sam bio fasciniran nepredvidljivošću prirode – komentirao je za Nature Physic Fratalocchi uvjeren da je razumijevanje te složene pojave sljedeća granica koja će otvoriti nove smjerove u znanosti i ponuditi nove primjene u različitim područjima.

Fratalocchijev tim započeo je svoja istraživanja razvojem novih teorijskih premisa kako bi objasnio nastanak rijetkih prirodnih energetskih događaja poput otpadničkih valova. Dakle, razvili su model velikih površinskih valova koji se razvijaju spontano u dubokoj vodi, primjerice nekog mora, a koji predstavljaju potencijalnu opasnost za plovila ili otvorene oceanske naftne platforme. – Naša ideja nikad dosad nije bila testirana. Željeli smo pokazati da i vrlo mala uznemirenja u kaotičnom moru interakcije valova mogu, baš suprotno intuiciji, kontrolirati nastanak tih rijetkih događaja iznimnih amplituda – pojasnio je Fratalocchi. To znači da su otkrili neke od preduvjeta važnih za oslobađanje energije koja potiče velike razorne valove.

Energija je svugdje oko nas, ali uglavnom je u mirnom stanju. No postoje trenuci u vremenu kad se velike količine energije nakupe spontano i kreiraju rijetke fenomene potencijalno katastrofalnih razmjera. Istraživači ih pokušavaju iskoristiti veličine i broja valova predstavnika. Istraživači okupljeni oko projekta već su bili oduševljeni razvojem trajnog modela za naprednu edukaciju i znanstvena istraživanja. No rezultati tog projekta ipak su većeg dometa jer nude najnovije tehničke aplikacije na polju energetskih istraživanja, komunikacije velikim brzinama, kao i za istraživanja i prevenciju prirodnih katastrofa poput tsunamija. Dr. Fratalocchi i tim posnošni su što njihovo istraživanje predstavlja veliku prekretnicu za KAUST i to polje znanosti jer, kažu, to otkriće jednom za svagda može promijeniti način našega gledanja i predviđanja prirodnih katastrofa. A kao i sve za čovječanstvo važne znanstvene spoznaje, poput, primjerice, izuma nuklearne energije, i to otkriće i nove tehnologije iz njega razvijene imaju svoju tamnu stranu medalje. Lako je shvatiti koju bi moć jednog dana imao onaj tko bi mogao na nečije obale poslati odmetničke valove.

Dr. sc. Andrea Di Falco, čelnik Synthetic Optics grupe na Sveučilištu St. Andrews, uvjeran je pak da je prednost upotrebe svjetlosti za tvorene u optički čip ta što se sada vrlo pažljivo može kontrolirati kako se energija u kaotičnom sustavu raspršila i omogućila razvoj rijetkih i ekstremnih pojava. To je, opisuje, kao da smo u stanju proizvesti određenu količinu valova neobičnih visina u malom jezeru, i to samo preciznim uređenjem obale i kontrolom.

Za potrebe tog istraživanja bio je ključan dvodimenzionalni fotonski kristalni čip proizveden na britanskom Sveučilištu St. Andrews. Testiran je na Institutu FOM Amsterdamskoga znanstvenog parka i korišten je za generiranje ultrabrzoga otpadničkog vala nanoskale, točnije, podvalne duljine 203 nm. Taj je eksperiment dokazao da je Fratalocchijeova teoretska pretpostavka bila potpuno ispravna. Novorazvijeni fotonski kristalni čip ponudio je iznimnu razinu upravljanja nad tim rijetkim događajima, što bi u nekoj budućnosti moglo značiti da bi moglo biti moguće ljudskom intervencijom pokrenuti čak i tsunami.

Profesor Kobus Kuipers s istraživačkog instituta FOM AMOLF, kojim upravlja Nizozemska fondacija za temeljno istraživanje materije, bio je uključen u eksperimentnalnu vizualizaciju otpadničkih valova. Priznaje da je bio fasciniran njihovom dinamikom. – Razvili smo specijalni mikroskop koji nam omogućuje vizualizaciju optičkog ponašanja na nanolještvi. Za razliku od uobičajenog ponašanja vala, bilo je izvanredno vidjeti iznenadno pojavljivanje otpadničkih valova, naizgled niotkuda, a onda opet njihovo nestajanje… kao da ih nikad nije ondje bilo – objasnio je Kuipers.