Fyzika ji nebavila odmalička, přesto se rozhodla, že ji půjde studovat. Jako jedna z mála teď doktorandka Ingrid Knapová zkoumá jadernou reakci zvanou neutronový záchyt. A výzkum ji nedávno zavedl až do Národní laboratoře Los Alamos, která se v minulosti proslavila vývojem první atomové bomby.
Co přiměje mladou dívku k tomu, aby šla studovat jadernou fyziku?
Někdy během gymnázia jsem začala číst populárně-naučnou literaturu, knížky od Stephena Hawkinga a různé články, a nejvíc mě zaujala právě jaderná fyzika a mikrosvět - radioaktivní záření, jaderné reakce a elementární částice, které tvoří náš vesmír. Myslím, že mě k fyzice přivedla touha poznávat a zkoumat, jak vlastně funguje náš svět. Je to exaktní věda a dává přesné předpovědi, které můžeme ověřit měřením. Právě to se mi na ní líbí.
Pamatujete si, kdo vám dal do ruky první zajímavou knížku o fyzice?
K fyzice mě nasměrovala profesorka na gymnáziu, kterou nám přidělili na druhém stupni. Do té doby mě fyzika moc nebavila, ale její hodiny mě nadchly natolik, že jsem se o tohle téma pak začala sama více zajímat. Vybavuji si, že jsem jako první četla Hawkingovu Stručnou historii času. Nebýt však prvotního impulsu v hodinách fyziky, možná bych dnes Matfyz vůbec nestudovala.
Jste součástí skupiny experimentální fyziky, která se zabývá studiem gama rozpadu středně těžkých a těžkých jader. Co si pod takovým výzkumem představit?
Atomová jádra jsou tvořena protony a neutrony. Pojem těžká jádra znamená, že protonů a neutronů je v nich hodně, dohromady to může být více než sto částic. Jedním ze způsobů, jak takovému systému dodat energii, je jaderná reakce, které se říká neutronový záchyt. Když máme zdroj neutronů a ostřelujeme jimi terčové jádro, může se neutron na jádře zachytit a to se pak energeticky vzbudí. Přebytečnou energii potom jádro uvolňuje tak, že vyzáří gama fotony, což jsou kvanta elektromagnetického záření (podobně jako světlo, které je také elektromagnetickým zářením, jen má jiné vlnové délky). Záření se dá detekovat a my takto získaná experimentální data následně porovnáváme s počítačovými simulacemi.
Komunita vědců, kteří se zabývají jadernou fyzikou a záchytem neutronů, je relativně malá. Jaké může mít váš výzkum využití?
Jaderná fyzika zažila největší boom ve 40. letech, zejména během druhé světové války, ale uplatnění má dodnes, vedle oblasti energetiky také třeba v medicíně. Neutronový záchyt je, stejně jako štěpení, druhem jaderné reakce vyvolané neutronem, a jeho znalost je proto důležitá pro provoz jaderných reaktorů. Další využití je v oblasti astrofyziky - neutronový záchyt hraje důležitou roli při procesech, které probíhají ve hvězdách, konkrétně při tvorbě prvků těžších než železo.
V letošním roce jste dvakrát navštívila Národní laboratoř Los Alamos v Novém Mexiku. Co bylo cílem vaší cesty?
V rámci svého výzkumu zpracovávám experimentální data z neutronového záchytu na jádře erbia, která byla naměřená detektorem DANCE (Detector for Advanced Neutron Capture Experiments) v Los Alamos Neutron Science Center. Poprvé jsem laboratoř navštívila společně s vedoucím své diplomové práce letos v dubnu s cílem konzultovat data a prodiskutovat nový způsob jejich analýzy. V září jsem do Los Alamos jela znovu, tentokrát už sama, abych se podívala, jak podobné měření ve skutečnosti probíhá a jak vypadá prvotní analýza dat.
Jaký dojem na vás udělala jedna z největších vědeckých institucí, která je známá především jako místo vzniku první atomové bomby?
První, co mě zaujalo, bylo samotné umístění laboratoře. Nové Mexiko má velmi specifickou přírodu - pouště, stolové hory a také vysoká pohoří. Samotné Los Alamos se nachází v nadmořské výšce asi 2 200 metrů. Kvůli těmto přírodním podmínkám laboratoř netvoří jeden celistvý areál, ale je rozmístěna v několika lokalitách, které oddělují kaňony nebo hory. Právě nedostupnost byla jedním z důvodů, proč si tuto oblast Američané vybrali pro realizaci projektu Manhattan.
Bývalo to jedno z nejpřísněji střežených a nejuzavřenějších míst na světě. Promítá se historie města nějakým způsobem do současnosti?
Los Alamos je poměrně malé město, má asi 12 tisíc obyvatel, a pořád působí poměrně dost izolovaně. V celém areálu laboratoře je zakázáno fotit a do oblastí jednotlivých výzkumných center se nedostane nikdo nepovolaný. Američané obecně jsou na svou historii hrdí, což se projevuje také v tom, jak pečují o své přírodní a kulturní památky. Los Alamos není výjimkou. Na projekt Manhattan se zaměřují místní muzea. Viděla jsem v nich například repliky dvou jaderných bomb, které byly svržené na Hirošimu a Nagasaki, a taky autentické záznamy prvního testování a rozhovory s vědci, kteří za vývojem bomby stáli.
Čeká vás v blízké době nějaká další zahraniční cesta?
Chystám se na Vánoce domů na Slovensko… Ale vážně, v rámci dlouhodobé spolupráce se skupinou v Los Alamos mě příští rok opět čeká návštěva laboratoře a potom nejspíš také konference v Oslu, na které má naše skupina zastoupení. Pro doktorandy je účast na workshopech a konferencích důležitá, protože nám dává šanci navazovat kontakty s lidmi z oboru a získat představu o tom, jak vypadá výzkum v zahraničí.
Ingrid Knapová v Ústavu částicové a jaderné fyziky na MFF UK
(foto: Svoboda)
Je základní výzkum a experimentální jaderná fyzika to, čím byste se chtěla zabývat i po obhájení disertační práce? Láká vás práce v podobné zahraniční instituci, jako je Los Alamos?
Experimentální jaderná fyzika mě zatím pořád baví, stále se učím nové věci. Líbí se mi, že nejde o stereotypní práci a že díky výzkumu můžu cestovat do zahraničí a poznávat zajímavé lidi. Dokážu si představit, že bych se základnímu výzkumu věnovala i v budoucnu. Láká mě taky práce v zahraničí, zkušenost z jiných pracovišť je podle mě důležitá. Ale určitě by mi v cizině chyběla rodina a přátelé, které mám v Česku a na Slovensku, takže otázku, kde budu po doktorátu pracovat, zatím ještě nechávám otevřenou.