Europejska Organizacja Badań Jądrowych CERN
W prace europejskiej organizacji zaangażowane są obecnie 23 państwa, w tym Polska, nasz kraj uzyskał członkostwo w CERN 1 lipca 1991 roku. Badania obejmują przede wszystkim projekty dotyczące cząstek elementarnych oraz fizycznych oddziaływań podstawowych. Warto dodać, że to właśnie w CERN-ie 4 lipca 2012 roku potwierdzono istnienie bozonu Higgsa, zwanego „Świętym Graalem” fizyków. Zarejestrowanie przez detektory przy akceleratorze LHC tzw. boskiej cząstki jest uznawane za ostatni wielki przełom w badaniach nad Modelem Standardowym.
Fizycy z Uniwersytetu Śląskiego współpracują z CERN
Naukowcy z Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach od samego początku aktywnie włączali się w realizację projektów badawczych oraz eksperymentów o światowym znaczeniu. O tym, jak na przestrzeni ostatnich lat wyglądała współpraca naszej uczelni z CERN-em, można przeczytać na specjalnie przygotowanej stronie internetowej z okazji 30-lecia współpracy. Część udostępnionych tam materiałów obejmuje wspomnienia pracowników, studentów i doktorantów UŚ z pobytu w Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych. Ich relacje zostały opublikowane w ramach cyklu „CERN | Moja historia”.
Zachęcamy również do wysłuchania trzech krótkich wykładów liderów zespołów biorących udział w projektach i eksperymentach badawczych w CERN-ie: prof. dr. hab. Jana Kisiela, dr. hab. Seweryna Kowalskiego, prof. UŚ, prof. dr. hab. Janusza Gluzy i dr Bartosza Dziwita oraz podcastu dr. Jerzego Jarosza, prof. UŚ z Instytutu Fizyki im. Augusta Chełkowskiego UŚ.
Badania nad neutrinami
Fizycy z Uniwersytetu Śląskiego uczestniczą w międzynarodowych projektach naukowych T2K (Tokai to Kamioka), Super-K (Super-Kamiokande) oraz Hyper-K (Hyper-Kamiokande), które koncentrują się na badaniu fundamentalnych właściwości neutrin. Neutrina to cząstki elementarne, które, mimo swojej niezwykle małej masy, odgrywają istotną rolę w ewolucji Wszechświata i w fizyce cząstek elementarnych. Badania prowadzone w ramach tych eksperymentów (T2K, Hyper-K) mają na celu zgłębienie mechanizmów oscylacji neutrin, zrozumienie ich masy oraz wpływu na obserwowaną obecnie we Wszechświecie asymetrię materia-antymateria.
Eksperyment T2K
Eksperyment T2K zlokalizowany jest w Japonii i stanowi jedno z najważniejszych przedsięwzięć w fizyce neutrin. Jego kluczowym celem jest badanie oscylacji neutrin, czyli zjawiska przejścia jednego rodzaju neutrina w inny. W ramach T2K neutrina produkowane w akceleratorze cząstek w Tokai są kierowane na odległość 295 km do detektora Super-Kamiokande. Badania pozwoliły na potwierdzenie oscylacji neutrin i dostarczyły precyzyjnych danych na temat ich własności.
T2K to tylko jeden z kroków na drodze do lepszego zrozumienia neutrin. Hyper-Kamiokande (Hyper-K) stanowi kontynuację i rozszerzenie eksperymentu T2K, korzystając z ogromnego detektora zlokalizowanego w Japonii. To jeden z najbardziej zaawansowanych eksperymentów fizyki cząstek elementarnych, którego celem jest zgłębianie fundamentalnych właściwości neutrin. Hyper-K ma potencjał zrewolucjonizowania naszej wiedzy o neutrinach i asymetrii materia-antymateria.
Jego imponujący zbiornik o pojemności około 260 tysięcy ton ultra-czystej wody będzie jednym z największych tego typu obiektów na świecie. Dzięki wyposażeniu w około 20 tysięcy zaawansowanych fotopowielaczy nowej generacji o średnicy 50 cm, detektor będzie zdolny rejestrować nawet pojedyncze fotony – niezwykle słabe impulsy świetlne powstające w wyniku interakcji neutrin. Dodatkowo, zastosowanie mniejszych fotopowielaczy pozwoli na jeszcze większą precyzję i lepszą rozdzielczość przestrzenną.
Dodatkowym atutem Hyper-K jest jego bliskość do akceleratora J-PARC, który dostarcza wysokoenergetyczne wiązki neutrin. Dzięki temu detektor będzie mógł prowadzić wyjątkowo precyzyjne badania oscylacji neutrin w ramach eksperymentu T2HK, co czyni go jednym z najważniejszych narzędzi w badaniach nad strukturą Wszechświata i rolą neutrin. Hyper-Kamiokande to przełomowy projekt, który ma potencjał zrewolucjonizować nasze rozumienie podstawowych zasad fizyki cząstek elementarnych.
Dzięki tym innowacjom Hyper-K będzie w stanie wykrywać cząstki z niespotykaną dotąd precyzją, umożliwiając prowadzenie eksperymentów na niespotykaną skalę.
Narodowe Centrum Promieniowania Synchrotronowego SOLARIS
Obecnie na synchrotronie SOLARIS działa siedem linii badawczych (PHELIX, URANOS, PIRX, DEMETER, ASTRA , POLYX oraz CIRI), a w roku 2025 zostaną uruchomione kolejne dwie linie – ARYA oraz SMAUG, które obecnie są w fazie budowy. Kolejne linie są w planach i przewiduje się, że w hali eksperymentalnej będzie funkcjonowało kilkanaście linii badawczych z około dwudziestoma stanowiskami pomiarowymi. Centrum SOLARIS to jednak nie tylko synchrotron, gdyż przynależą do niego laboratoria kriomikroskopii transmisyjnej, wyposażone w dwa najnowszej generacji kriomikroskopy elektronowe: Titan Krios oraz Glacios szczególnie wykorzystywane przez naukowców w określaniu struktury białek.
Dzięki temu, że promieniowanie synchrotronowe, popularnie zwane światłem, przenika do wnętrza materii, to pozwala zajrzeć w jej głąb materii i precyzyjnie zbadać jej skład i strukturę. To najbardziej zaawansowanie technologicznie centrum badawcze w Polsce jest również dostępne dla pracowników, doktorantów i studentów z Instytutu Fizyki im. Augusta Chełkowskiego UŚ, którzy prowadzą badania naukowe na synchrotronie wykorzystując głównej spektroskopię fotoemisyjną (XPS), kątowo rozdzielczą (ARPES), absorpcyjną (XAS) i fotoemisję rezonansową (ResPES) na linii badawczej PHELIX, oraz spektroskopię absorpcyjną przy różnych energiach fotonów na liniach PIRX oraz ASTRA.
Jednym z pierwszych użytkowników linii badawczej PHELIX linii był zespół z IF UŚ pod kierunkiem dr hab. Anny Bajorek, prof. UŚ, realizując projekt „Resonant photoemission study of the synergic effect in selected NZFO/f-MWCNTs nanocomposites” . Niewątpliwym sukcesem tych badań było uzyskanie pierwszych w historii linii PHELIX map ResPES dla żelaza dla energii fotonów na krawędzi absorpcji Fe – L.
IF UŚ regularnie organizacje również wizyty studyjne studentów, doktorantów i młodych naukowców promując wiedzę o promieniowaniu synchrotronowym. Wśród nich warto wyróżnić wizytę uczestników dwóch edycji szkoły letniej VINCI w latach 2022–2023. Pracownicy i doktoranci aktywnie uczestniczą w corocznych spotkaniach naukowych Joint Meeting of PSRS Members and SOLARIS Centre Users, łączących naukowców korzystających z technik badawczych dostępnych w SOLARIS z członkami Polskiego Towarzystwa Promieniowania Synchrotronowego.
Polskie Towarzystwo Fizyczne
Polskie Towarzystwo Fizyczne (PTF) działa na rzecz popularyzacji fizyki i nauk pokrewnych, dążąc do podnoszenia ogólnego poziomu wiedzy fizycznej w społeczeństwie oraz wspierania rozwoju tej dziedziny nauki w Polsce. Towarzystwo integruje fizyków z różnych środowisk, w tym pracowników naukowych, nauczycieli oraz specjalistów zatrudnionych w różnych gałęziach gospodarki, budując więzi i wspierając współpracę. PTF reprezentuje także środowisko fizyków wobec społeczeństwa, organów państwowych i samorządowych, a także innych organizacji publicznych i prywatnych w kraju oraz na arenie międzynarodowej, działając na rzecz rozwoju fizyki i jej znaczenia w różnych obszarach życia.
Teren działania PTF Oddział w Katowicach obejmuje nie tylko Katowice, ale również sąsiednie miasta. Ściśle współpracujemy z nauczycielami z Bielska-Białej, Sosnowca, Chorzowa i Gliwic.
Trzon Oddziału tworzyli i nadal tworzą pracownicy Instytutu Fizyki im. Augusta Chełkowskiego UŚ. Pośród 46 aktywnych członków oddziału znajdują się nauczyciele i nauczycielki, pracownicy Śląskiego Uniwersytetu Medycznego, Uniwersytetu Ekonomicznego czy Instytutu Onkologii w Gliwicach.
PTF bierze czynny udział w wydarzeniach popularyzujących fizykę organizowanych przez UŚ, takich jak Śląski Festiwal Nauki, czy Święto Liczby Pi. W miarę możliwości, organizowane są cykliczne Konwersatoria Oddziałowe, w których można wziąć udział w formie hybrydowej poprzez platformę Teams. Biorą w nich udział uczniowie szkół ponadpodstawowych, nauczyciele, studenci oraz kadra akademicka.
Współpraca Instytutu Fizyki z Uniwersytetem w Le Mans we Francji
Wspólne studia studia magisterskie dla specjalności Nanofizyka i materiały mezoskopowe – modelowanie i zastosowanie
W roku akademickim 2027 będzie miała miejce 20 rocznica uruchomienia studiów polsko – francuskich na kierunku Fizyka o specjalności Nanofizyka i materiały mezoskopowe – modelowanie i zastosowanie prowadzonych w Instytucie Fizyki Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach we współpracy z Uniwersytetem w Le Mans (do roku 2017 jako Université du Maine), których inicjatorką była prof. dr hab. Alicja Ratuszna. Studenci obu uczelni mają możliwość uzyskania podwójnego dyplomu polsko – francuskiego. Pierwsi absolwenci ukończyli wspólne studia w roku akademickim 2007/2008. Od tego czasu ilość studentów, którzy uzyskali podwójny dyplom wynosi ponad 30 osób. Na podobnym poziomie plasuje się ilość studentów, którzy odbyli staże w obu partnerskich uczelniach. Absolwenci nanofizyki kontynuują swoją przygodę z nauką głównie na studiach doktoranckich w kilku krajach europejskich, w tym także studiach typu co – tutelle finansowanych przez rząd Republiki Francji. Studenci w ramach realizowanych staży uzyskują nie tylko niezbędne umiejętności w dalszej karierze akademickiej, ale również do pracy w innowacyjnych firmach nanotechnologicznych.
Dotychczasowa współpraca obu ośrodków partnerskich zaowocowała ponad 60 publikacjami naukowymi w czasopismach z listy Journal Citation Reports, głównie związanych z badaniem materiałów krystalicznych i nanokrystalicznych. Ponadto liczba studentów, którzy uzyskali podwójny dyplom lub odbyli staże w obu uczelniach partnerskich, wynosi ponad 70. Część absolwentów nanofizyki kontynuuje swoją przygodę z nauką głównie na studiach doktoranckich w kilku krajach Europy, w tym część z nich ukończyła doktorat w trybie co-tutelle. W ramach staży w uczelniach partnerskich studenci zdobywają umiejętności niezbędne do dalszej kariery akademickiej oraz predyspozycje do pracy w innowacyjnych firmach nanotechnologicznych. Niestety, rzeczywistość pandemiczna drastycznie ograniczyła mobilność w latach akademickich 2019/2020 i 2020/2021, jednak część zajęć i staży odbywała się online. W takich trybach przeprowadziliśmy wiele spotkań naukowo-dydaktycznych ze studentami i kadrą naukową. Pomogło nam to omówić przyszłą współpracę naukową i kierunek naszych studiów z podwójnym dyplomem. Obecnie nadal prowadzone są wspólne badania naukowe i studia polsko-francuskie przy znaczącym zaangażowaniu polskich i francuskich naukowców i studentów. W roku akademickim 2023/2024 na Uniwersytecie Śląskim gościło pięciu studentów z Francji. Wszyscy studenci aktywnie angażowali się w codzienne życie Instytutu Fizyki. Wzięli udział w Tygodniu Nowych Technologii, jako jednym z 50 tygodni organizowanych w Katowicach, Europejskim Mieście Nauki 2024, pierwszym w historii mieście Europy Środkowo-Wschodniej wyróżnionym tytułem EMN. Francuscy studenci mieli także okazję zwiedzić synchrotron SOLARIS oraz wzięli także udział EuroScience Open Forum 2024 (ESOF 2024), które odbyło się w Katowicach w dniach 12-15 czerwca 2024 r. Wydarzenie odbywa się co dwa lata i poświęcone jest kluczowym badaniom naukowym i innowacjom dla przyszłości świata i jest jednym z najbardziej prestiżowych wydarzeń naukowych i technologicznych w Europie. Europejskie Miasto Nauki i konferencja ESOF to prestiżowa marka, która daje miastu-gospodarzowi ogromną szansę na przyciągnięcie naukowców, polityków, biznesmenów i przedstawicieli mediów z całego świata. Przyznany tytuł zwiększa zaangażowanie mieszkańców i środowiska akademickiego w rozwiązywanie problemów lokalnych oraz poprawia zdolność do pozyskiwania środków na inwestowanie w naukę regionalną. Uniwersytet Śląski jest jednym z głównych organizatorów EMN oraz ESOF2024.
Instytut Fizyki Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach oraz Uniwersytet w Le Mans od lat rozwijają owocną współpracę dydaktyczną w ramach Umowy o Międzynarodowej Współpracy Akademickiej. Jej celem jest prowadzenie wspólnych studiów magisterskich, których program został uzgodniony przez obie uczelnie. Absolwenci uzyskują podwójny dyplom: Magister Fizyki, specjalność: nanofizyka i optyka zaawansowana na Uniwersytecie w Le Mans oraz Magister Fizyki, specjalność: nanofizyka i materiały mezoskopowe – modelowanie i zastosowanie na Uniwersytecie Śląskim w Katowicach.
Absolwenci o studiach
Studenci i absolwenci programu podkreślają, że możliwość zdobywania doświadczenia w międzynarodowych laboratoriach stanowi ogromną wartość dodaną. Oto wypowiedzi dwóch absolwentów, zebrane przez dr hab. Annę Bajorek z okazji 40-lecia Uniwersytetu du Maine oraz 10-lecia wspólnych studiów z nanofizyki.
Dr Mansour Kouyate, absolwent rocznika 2008, obecnie nauczyciel fizyki we francuskich szkołach średnich i wyższych:
- Nanofizyka była zdecydowanie dobrym wyborem. Program zapewnił mi nie tylko wiedzę z zakresu materiałów w nanoskali, ale także możliwość doskonalenia umiejętności językowych i odbycia praktyk zagranicznych. Czas spędzony na Uniwersytecie Śląskim to jedno z najlepszych doświadczeń w moim życiu studenckim. Wiele zawdzięczam promotorom, którzy stworzyli świetne warunki do nauki.
Dr Oleksandr Stepanenko, stażysta z 2010 roku, obecnie inżynier w Optical Component Product Engineer at Ciena Corporation w Ottawie (Kanada):
- Nanofizyka to jedna z najbardziej intrygujących i dynamicznych dziedzin nauki. Dzięki jej szerokim zastosowaniom jestem przekonany, że będzie ona miała ogromny wpływ na nasze życie codzienne. Kariera naukowa stała się dla mnie naturalnym wyborem, a wiedza zdobyta na Uniwersytecie du Maine oraz staż na Uniwersytecie Śląskim pozwoliły mi wkroczyć w świat badań nad nanoskali. Świetne zaplecze laboratoryjne i wykwalifikowana kadra akademicka stworzyły idealne warunki do rozwoju.
Program studiów magisterskich nie tylko otwiera drzwi do kariery naukowej, ale także pozwala absolwentom odnosić sukcesy w sektorze IT, cyberbezpieczeństwie, sztucznej inteligencji, elektronice czy przedsiębiorczości. Jednym z przykładów jest dr Lech Kalinowski, który już w trakcie studiów angażował się w działalność Fundacji Nanonet i Śląskiego Klastra Nanotechnologicznego, wspierając rozwój innowacji w Polsce. Obecnie specjalizuje się w technologiach informatycznych, cyberbezpieczeństwie i sztucznej inteligencji. Współtworzył rozwiązania biometryczne dla największych banków w kraju i angażował się w startupy związane z blockchainem. Jest współzałożycielem i CTO startupu Panamint, działającego w Dolinie Krzemowej i rozwijającego innowacyjne rozwiązania w zakresie drukowanej elektroniki.
Jego motto brzmi: „Don’t be encumbered by history, just go out and do something wonderful” – słowa Roberta Noyce’a, współzałożyciela Intela. Dr Kalinowski podkreśla:
- Fizyka to jedno z najtrudniejszych studiów na świecie, ale jednocześnie jedno z najbardziej wartościowych. Warto studiować nanofizykę na Uniwersytecie Śląskim, bo otwiera ona nieskończone możliwości kariery i rozwoju.
Polsko-francuska współpraca akademicka stanowi przykład modelowego partnerstwa, łączącego naukę i innowacje, a jej absolwenci odgrywają kluczowe role w świecie nowoczesnych technologii.