Fizikos mokslininkai žiniomis ne tik dalijasi – jie jas kuria. Gamtos moksluose nuolat atrandama kas nors naujo – tai, kas, atrodytų, yra toli nuo kasdienybės, ir retai susimąstome, kad tai – dalis mus supančios aplinkos. Moksliniai tyrimai šioje srityje atskleidžia, kaip veikia pasaulis.

Studentų mylimas Vilniaus universiteto (VU) Fizikos fakulteto profesorius Audrius Dubietis visą gyvenimą siekia perprasti gamtos dėsnius. Savo profesinę karjerą jis skyrė netiesinės optikos reiškiniams tirti, o už aukščiausio lygio mokslo ir studijų pasiekimus šiemet jam suteiktas išskirtinio profesoriaus vardas.

Prof. A. Dubietis inauguracinėje paskaitoje VU bendruomenei papasakojo apie savo tyrimų sritį, dalijosi įdomiais moksliniais faktais, kurių bene kiekvieną iliustravo savo tyrimų medžiaga ir atradimais.

Lazerių eros aušroje suspindėjusi Nobelio fizikos premija

Lazerių technologijų kūrimas – neblėstančių mokslo perspektyvų sritis Lietuvoje. Jau nebestebina tai, kad lietuviai lazerininkai karaliauja aukščiausiose pasaulio lazerių rinkos pozicijose. Tačiau ne apie rinkos dėsnius kalbėjo fizikas. Viešą paskaitą profesorius pradėjo pasakodamas apie lazerių eros aušrą ir su ja kartu atsiradusią netiesinės optikos sritį, kurioje mokslininkas pasiekė profesines aukštumas. „Šviesa veikia pati save per medžiagą“, – netiesinę optiką paaiškino prof. A. Dubietis.

Profesorius juokavo, kad tyrinėja reiškinius, kurie buvo atrasti jo gimimo metais. Vėliau 20 metų mokslinius tyrimus stabdė tai, kad lazeriniuose stiprintuvuose negalima stiprinti trumpo impulso. 1985 m. mokslininkai Gérard’as Morou ir Donna Strickland problemą išsprendė. Ištęsdami impulsą laike 1000 kartų, sustiprindami ir suspausdami jį į trumpą laiko tarpą, mokslininkai išrado čirpuotų impulsų stiprinimo technologiją, už kurią šiemet buvo apdovanoti Nobelio fizikos premija.

Prof. A. Dubietis papasakojo apie lietuviškus akcentus, susijusius su svarbiausiu pasaulyje apdovanojimu. Nobelio komiteto paskelbtame apdovanojimo mokslinio pagrindo dokumente cituojamas prof. A. Dubiečio ir jo mokytojo prof. A. Piskarsko darbas. Būtent šių lietuvių lazerininkų 1992 m. pasiūlytas lankstesnis parametrinis stiprintuvas, stiprinantis impulsus ne lazerinėje terpėje, o netiesiniame kristale, padarė neginčijamą įtaką tolesniam Nobelio premijos laureatų G. Morou ir D. Strickland atradimo plėtojimui.

Sujungiant šiuos du mokslinius metodus, atsirado galimybė kurti pačius galingiausius naujos kartos lazerius ir pasiekti itin aukštą lazerių spinduliuotės intensyvumo lygį, atveriantį visiškai naujas eksperimentinių tyrimų sritis. Europos Sąjungos inicijuoto projekto „Extreme Light Infrastructure“ gairėse tai pasiekti planuojama jau apie 2020 m.

Pasakodamas apie lazerių technologijų kūrimą, prof. A. Dubietis pabrėžė, kad atsitiktinis femtosekundinio titano safyro lazerio, jau tris dešimtmečius karaliaujančio lazerių industrijoje, atradimas, suteikiantis galimybę išgauti trumpus impulsus, ir čirpuotų impulsų stiprinimo technologijos jungtis pradėjo femtosekundinių kieto kūno lazerių erą.

Femtosekundinės šviesos gijos ir šviesos kulkos

Vienas svarbiausių naujos lazerių eros atradimų buvo femtosekundinės šviesos gijos ore, kurias 1995 m. atsitiktinai atrado G. Morou. Šios gijos – tai siauri baltos šviesos pluoštai, išlaikantys savo lokalizaciją dideliais atstumais ir nesukeliantys terpės optinio pažeidimo. Šviesos gijos yra universalios, sklindančios bet kokia skaidria medžiaga ir pasižymi unikaliomis savybėmis. Jos sklinda pluošto pavidalu, savaime atsikuria už fizinių kliūčių ir turi platų dažnių spektrą.

VU Fizikos fakulteto Lazerinių tyrimų centre prof. A. Dubietis vadovauja ultrasparčiosios netiesinės optikos grupei. Šios grupės mokslinių tyrimų objektas yra intensyvių femtosekundinių lazerio impulsų sąveika su skaidriomis dielektrinėmis terpėmis, kai formuojasi kokybiškai nauji šviesos dariniai – femtosekundinės šviesos gijos. Mokslininkas šviesos gijas tiria kondensuotose medžiagose. Jose lazerio spinduliuotės transformacija į šviesos giją vyksta daug mažesniu impulsų galios ir sklidimo atstumo masteliu.

Paskaitoje prof. A. Dubietis paprastai paaiškino, kaip šviesos gijos virsta šviesos kulkomis. Šviesos kulkos tradiciškai suprantamos kaip erdvėlaikiniai (trimačiai) solitonai – „netiesinės optikos Šventasis Gralis“, – profesiniu juoku su klausytojais pasidalijo mokslininkas. Tai stipriai lokalizuotos bangos, kurių dispersinę ir difrakcinę plėtrą kompensuoja netiesiniai reiškiniai. Klausimų apie jas klausytojams kilo net ir po paskaitos.

Tirdamas šviesos gijas profesorius ir jo kolegos susidūrė su ekstremaliomis bangomis (angl. rogue waves) – sporadiniais, statistiškai retais didelės amplitudės (intensyvumo) įvykiais. Mokslininkas pasakojo apie jų raišką hidrodinamikoje, optikoje, plazmoje, akustikoje, Bozė-Einšteino kondensatuose ir net finansų srityje.

Lazerininkas pristatė kartu su kolegomis atliktus naujausius šviesos gijų tyrimus įdomiose ir net egzotiškose medžiagose: puslaidininkiuose ir polikristaluose. Šias šviesos gijas prof. A. Dubietis pavadino „nematomomis šviesos gijomis“, nes jų spektras išplinta tik infraraudonojoje srityje.

Solitonai debesyse

„Kadangi mes užsiimame fundamentiniais tyrimais, turime laisvę ieškoti analogijų gamtoje“, – šmaikštavo profesorius. Auditoriją jis pakerėjo įspūdingomis solitoninių debesų fotografijomis.

Solitonai – tai bangos, kurios dėl aplinkos netiesiškumo nusklinda didelius atstumus nekeisdamos savo formos ir elgiasi tarsi dalelės. Šviesos gijas ir solitonus vienija tai, kad šie reiškiniai yra netiesiniai, nors jų savybės visiškai skirtingos. Šios universalios lokalizuotos bangos mokslininkų stebėtos elektriniuose signaluose, medžiagos bangose, plazmoje, magnetosferoje, astrofizikoje ir kt. Tačiau vienas įdomiausių profesoriui solitonų reiškinių pastebimas atmosferoje.

Knygos „Nuostabusis švytėjimas: padangių fizika be formulių“ autorius dalijosi ritininių (angl. roll clouds) ir sidabriškųjų solitoninių debesų fotografijomis, moksliškai paaiškindamas jų formavimąsi ir sklendimą dangaus skliautu.

„Tai mano hobis. Bet aš esu mokslininkas – man įdomu apie tai parašyti mokslinį straipsnį“, – juokavo moksliniu smalsumu išsiskiriantis profesorius.

Prof. A. Dubietis su kolegomis yra atlikęs ne vieną, kaip pats įvardijo, „nulinio biudžeto“ tyrimą, su automatizuotomis kameromis stebėdamas gražų vasaros naktų reiškinį – sidabriškuosius debesis. Tai – debesys, kurie formuojasi atmosferos sluoksnyje, vadinamame mezosfera, maždaug 83 kilometrų aukštyje, temperatūrai nukritus žemiau vandens garų užšalimo taško, t. y. žemiau 145 kelvinų (apie 127°C laipsniai šalčio).

Fotografinių nakties dangaus stebėjimų metu profesorius su kolegomis iš Lietuvos ir užsienio taip pat užfiksavo solitonines sidabriškųjų debesų bangas ir pirmą kartą stebėjo labai retą reiškinį, kai solitoninės bangos susidaro ant šilto ir šalto frontų ribos, vadinamos mezosferos siena (angl. mesospheric wall). Čia temperatūros skirtumas siekia iki 60°C laipsnių.

Išskirtinis profesorius – netiesinis profesorius

Neužtektų vienos paskaitos laiko išvardyti ir paaiškinti visus mokslininko A. Dubiečio atliktus tyrimus, nes smalsumas jį be paliovos veda eksperimentuoti, tirti, bandyti, o galvoje nuolat sukasi nauji klausimai ir užmojai.

Paskaitą užbaigė VU rektoriaus, fiziko prof. Artūro Žukausko sveikinimas išskirtiniam profesoriui Audriui Dubiečiui:

„Visi klausia, kaip tapti išskirtiniu profesoriumi. Po šios paskaitos supratau, kad išskirtinis profesorius yra netiesinis profesorius. Jis turi netiesinę vaizduotę, netiesinį smalsumą ir netiesinį darbštumą. Noriu padėkoti profesoriui Dubiečiui, nes jis yra netiesinio profesoriaus pavyzdys.“