W każdym z 50 Tygodni w Mieście Nauki publikujemy tekst o wybranych badaniach prowadzonych w danej tematyce przez naukowców z uczelni wchodzących w skład Konsorcjum Akademickiego – Katowice Miasto Nauki. Teksty dają wgląd w różnorodność zagadnień poruszanych przez naukowców oraz pokazują, jaki potencjał badawczy drzemie w uczelniach tworzących konsorcjum.
| Agnieszka Kliks-Pudlik |
Tydzień Nowych Technologii jest piętnastym spośród 50 tygodni w Mieście Nauki. Nowe technologie pokonują kolejne bariery poznawcze i przekraczają dotychczasowe granice wiedzy, pozwalając rozwiązywać nie tylko największe zagadki świata nauki, jak antymateria we Wszechświecie, ale i problemy ludzkości, jak nadmierna emisja gazów cieplarnianych czy marnowanie jedzenia.
– Obecnie nie można wyobrazić sobie przeprowadzania badań naukowych w dziedzinie nauk ścisłych bez nowych technologii – zaczynając od „zwykłych” komputerów, na których przeprowadzamy obliczenia, poprzez nowoczesne laboratoria, a skończywszy na ogromnych urządzeniach, takich jak Wielki Zderzacz Hadronów w CERN. Nasza praca polega na wykorzystywaniu nowych technologii i przy okazji – tworzeniu nowych na potrzeby nietypowych badań – podkreśla dr Katarzyna Schmidt, prof. UŚ z Instytutu Fizyki im. Augusta Chełkowskiego na Wydziale Nauk Ścisłych i Technicznych Uniwersytetu Śląskiego, kuratorka Tygodnia Nowych Technologii.
Photo by Robs on Unsplash
Uciekinierzy natury
Neutrina są najbardziej nieuchwytnymi ze wszystkich cząstek fundamentalnych. – Wiele miliardów z nich przechodzi przez nasze ręce w każdej sekundzie każdego dnia, bez żadnego efektu! Dzieje się tak, ponieważ prawie nigdy nie wchodzą w interakcje. Neutrina nie mają ładunku elektrycznego i bardzo słabo oddziałują z innymi cząstkami. Jeszcze nie tak dawno nie było nawet pewne, czy mają masę. Część fizyków zakładała, że mogą być w ogóle pozbawione masy, tak jak foton. Inni uważali, że neutrina mają masę, tylko bardzo niewielką – opowiada dr Katarzyna Schmidt, prof. UŚ.
Wkład w prace nad rozwiązaniem zagadki masy neutrina mają naukowcy z Instytutu Fizyki im. Augusta Chełkowskiego na Wydziale Nauk Ścisłych i Technicznych Uniwersytetu Śląskiego. Grupa fizyków pod kierunkiem prof. dr. hab. Jana Kisiela oraz dr hab. Arkadiusza Bubaka, prof. UŚ bierze udział w międzynarodowych badaniach własności neutrin w ramach eksperymentu Tokai-to-Kamioka (T2K), prowadzonego w Japonii. W 2020 roku wyniki eksperymentu T2K zostały opublikowane w „Nature”.
Badanie neutrin jest możliwe dzięki innowacyjnej technologii – w ośrodku J-PARC pod miejscowością Tokai neutrina są produkowane i wypuszczane pod ziemią, gdzie „lecą” 300 km dalej aż do detektora (urządzenia służącego do wykrywania np. cząstek). Pod koniec 2023 roku eksperyment wszedł w nową fazę zbierania danych po modyfikacji aparatury, co umożliwiło zarejestrowanie przypadków oddziaływań neutrin w nowych detektorach.
Sztuczna inteligencja dla fizyki
Łączeniem potencjału sztucznej inteligencji z fizyką cząstek interesuje się dr Katarzyna Schmidt, prof. UŚ.
Wraz z fizykami z Politechniki Warszawskiej pracuje nad możliwościami wykorzystywania algorytmów (uczenia maszynowego i uczenia głębokiego) do zautomatyzowania analiz danych, które pochodzą z eksperymentów prowadzonych w ośrodku badań jądrowych CERN. Celem tych eksperymentów jest m.in. znalezienie przejścia fazowego między gazem hydronowym a plazmą gluonowo-kwarkową.
Obecnie zespół pracuje nad modelami uczenia maszynowego, które na podstawie podanych cech charakterystycznych, nauczą się rozróżniać sygnał od szumu w detektorach cząstek elementarnych. – Po odpowiednim wytrenowaniu, modele uczenia maszynowego mogą być wykorzystane do automatycznego odrzucania sygnałów niepochodzących od cząstki elementarnej, która przeszła przez komorę projekcji czasowej (rodzaj detektora – przyp. red.), co pozwoli na szybką i skuteczną identyfikację śladów cząstek elementarnych z minimalnym poziomem fałszywych detekcji. Wyniki naszych badań są bardzo interesujące i obiecujące – podkreśla dr Katarzyna Schmidt, prof. UŚ.
Mniej energochłonna dostawa jedzenia
Nowe technologie są kluczowe w celu redukcji emisji gazów cieplarnianych, redukcji marnowanego jedzenia oraz poprawy jakości produktów spożywczych poprzez efektywniejszy transport i magazynowanie. Wpisuje się w to zagadnienie tzw. food chain, czyli zbioru wszystkich procesów technologicznych, które łączą miejsce produkcji żywności (np. farmę) z jej końcowym odbiorcą (konsumentem).
Innowacyjnymi metodami na rzecz zmniejszania energii potrzebnej do transportu żywności i jej magazynowania zajmuje się zespół badawczy kierowany przez prof. Jacka Smołkę z Katedry Techniki Cieplnej na Wydziale Inżynierii Środowiska i Energetyki Politechniki Śląskiej.
Naukowcy z zespołu zajmują się m.in. mobilnymi układami chłodniczymi wykorzystywanymi w tzw. last mile delivery (dostawa na ostatnim etapie). Chodzi o projektowanie i zastosowanie dwufazowej strumienicy naddźwiękowej do układu chłodniczego dla auta dostawczego (wcześniej najmniejsza taka strumienica obsługiwała supermarket), co pozwala zmniejszyć energię potrzebną do zasilania takiej chłodziarki, wykorzystywanej m.in. przez dostawców jedzenia.
Zespół pracuje również nad rozwojem technologii liofilizacji (specjalnego suszenia) do zastosowania w gospodarstwach domowych. – Wyzwaniem jest jej przystosowanie do warunków pracy poza laboratorium, ponieważ obecnie ta technologia jest używana głównie w produkcji farmaceutyków albo żywności na potrzeby astronautów lub sportowców wyczynowych (takich jak wspinacze wysokogórscy lub uczestnicy rejsów oceanicznych). Jej wdrożenie w gospodarstwach domowych mogłoby pomóc zredukować ilość marnowanej żywności poprzez jej długoterminowe przechowywanie bez tracenia wartości odżywczych – podkreśla dr inż. Jakub Bodys z zespołu badawczego.
Badania są prowadzone w ramach projektu „Enough emissions” z unijnego programu Horyzont.
Program Tygodnia Nowych Technologii można znaleźć na stronie wydarzenia.