Mario Kadastik - mis tolku on meile elementaarosakeste füüsikast?

Euroopa Tuumauuringute Keskuse Suur Osakestepõrguti.

FOTO: Richard Juilliart / AFP / Scanpix

Kuigi me ei pruugi seda teadustada, kasutame me kõik oma igapäevas leiutisi, mis ei oleks võimalikud, kui teadlased poleks aastakümneid tagasi teinud elementaarosakeste kohta fundamentaalseid avastusi, kirjutab KBFI vanemteadur, tuumafüüsik Mario Kadastik.

Elementaarosakeste füüsika on see osa füüsikast, mis tegeleb meie universumi kõige väiksemate ehitusblokkidega (elektronid, kvargid, footonid jne), kuid tihti kõige suuremate energiatega. Me uurime, millest meie universum koosneb, kuidas need koostisosad omavahel suhestuvad ning kuidas seda teadmist ära kasutades ennustada meile nähtavate protsesside toimimist.

Tihti küsitakse minu käest, et kuigi arusaamine, millest universum koosneb ja kuidas ta töötab, võib ju olla huvitav, siis kuidas on see kasulik või rakendatav igapäevaelus? Saia me füüsikutena ju ei tooda ja telefone samuti mitte, mis kasu meil nendest teadmistest siis on?

Siin tuleks keerata kella ajas tagasi eelmise sajandi algusesse, kui J. J. Thompson, James Maxwell ja teised oma uurimustöid tegid. Neidki peeti veidrikeks – miks tegeleda mingi sellise jamaga, kui nad oleksid võinud valida austusväärse arstikutse? Ometigi olid nende avastused elektroni ja elektromagnetvälja osas vajalikud elektroonikatööstuse tekkeks ja viisid seega ka otseselt tänapäevase tööstusrevolutsioonini. Me ei kujutaks tänapäeval enam maailma ette ilma arvutite, telefonide ja palju muuta. Elektroonika eksisteerib kõikjal meie ümber ning see sai alguse suuresti just elektroni avastamisest ning elektromagnetismi rakendamisest.

Samuti viisid Marie Curie radioaktiivse kiirguse, mis on elektronõrga vastasmõju manifestatsioon, alased uurimused 19. sajandi alguses suurte arenguteni meditsiinilises diagnostikas ning energeetikas, kus koos tugeva interaktsiooni tundmaõppimisega, mis seob omavahel aatomi tuuma koostisosi, loodi uue energiaallikana tuumareaktorid. Tõsi, selle esmane rakendus tuumapommi näol polnud ilmselt viimase sajandi kõige populaarsem avastus, kuid siinkohal kehtib tavapärane ütlus, et ka tavalist kööginuga võib kasutada suurte kuritegude kordasaatmiseks, mis otseselt ei ole noa leiutaja tahtega seotud.

Need näited on enamuses eelmise sajandi algusest. Mis on uuema aja elementaarosakeste füüsika tulemustest olnud rakendatav? Üheks neist on kindlasti just värskelt oma 30. juubelit tähistanud WWW ehk see mida me klassikaliselt loeme internetiks. Algselt, kui Tim Berners Lee selle 1989. aastal Euroopa Tuumauuringute Keskuses (CERNis) välja töötas, oli tegemist lahendusega, et osakestefüüsikud saaksid CERNi siseselt lihtsamini eksperimentide tulemusi jagada. Tänaseks on sellest kujunenud meedium, mida kasutab pea iga inimene planeedil ning mis on muutunud ka meie põhiliseks infoedastuse kanaliks. Seejuures tarbime palju seda infot oma nutiseadmetes, mille puutetundlike ekraanide vaarisaks võiks lugeda CERNi kiirendite juhtpaneele, mille jaoks antud tehnoloogia seitsmekümnendate lõpus välja töötati.

Tim Berners-Lee esimese veebilehitsejaga

FOTO: CERN

Seejuures on respekteeritud arstitöö ehk meditsiin just üheks suurimaks valdkonnaks, kuhu viimase paarikümne aasta jooksul on jõudnud suuri tehnoloogilisi uuendusi osakestefüüsika tehnoloogia arendusest. Kui USAs kaheksakümnendatel Tevatroni osakeste kiirendit ehitati, tehti otsus kasutada ülijuht-magneteid, et saavutada võimsam magnetväli ja seeläbi suurem osakeste energia. Antud magnetite tootmise tööstus aga puudus ning tuli kiirendi ehitamise käigus rajada. Kui too kilomeetrite pikkune osakeste kiirendi valmis sai, leidis tööstus oma uuele oskusele kiirelt rakenduse magnetite tootmiseks magnetresonants-tomograafia aparaatidele, mis on tänaseks olemas meil pea igas haiglas ning võimaldavad seal oluliselt paremat arusaamist inimkeha toimimisest ja tagavad palju täpsema diagnostika.

Just suur arvutusvõimsus, ülidetailsed detektormaterjalid ja vastav elektroonika ning tarkvara, mis töötati välja kõik osakestefüüsika eksperimentide läbiviimiseks on järjest muutmas ka meie arusaama klassikalisest röntgenpildist. Me kõik oleme kokku puutunud nende mustal taustal kumavate heledamate aladega, mis peaks kujutama meie luustikku ning millest arusaamine eeldab aastatepikkust radioloogi haridust. Tänu uudsetele lahendustele on võimalik nüüd teha täielikult ruumilisi röntgenpilte, mis suudavad ka erinevaid materjale ja kudesid eristada, võimaldades meil vägagi täpselt näha, mis inimkeha sees toimub.

Inimese ranne käekellaga, vaadatuna ruumilises röntgenpildis.

FOTO: Erakogu

Tuleviku tehnoloogiate osas, mida hetkel alles välja arendatakse, võiks olulisemana välja tuua anti-aine hadronteraapia võimalused. Kui klassikalises röntgenkiirte kiiritusravis saab kahjustada ka suur osa kehapinna ja kasvaja vahele jäävast koest, siis hadronteraapia korral kasutatakse prootoneid või ioone, mistõttu on võimalik kiirguse energia muutmise kaudu määrata, kui sügaval koes mõju suurim on, ning seeläbi vähendada ka oluliselt ümbritsevate kudede kahjustusi ja kiiritusravi kõrvaltoimeid. Veelgi efektiivsem on see ravi aga siis, kui tava-aine asemel kasutada antiainet, mis kasvajas sees tava-ainega kokkupuutumisel annihileerub ja lokaalset kiiritust tekitab. Kahjuks vajab hetkel selline teraapia CERNi-laadse kiirendikompleksi olemasolu haigla juures. Hadronteraapia keskuseid on maailmas kümneid, kuid antiaine kasutamine on alles uurimisfaasis. Nii teraapia enda kui kiirendite osas on aktiivsed arendustööd käimas ning teadlased töötavad selle nimel, antud tehnoloogia oleks analoogselt magnetresonantstomograafia (MRT) masinatele kunagi olemas igas haiglas ning suurendaks kordades võimalusi kasvajate ravis.

FOTO: ETAG

Üldiselt kipub kuluma kümneid aastaid enne, kui avastatud uutele fundamentaalsetele vastastikmõjudele praktilised rakendused tekivad ning seejärel veel kümneid aastaid, et need ühiskonda jõuaksid. Mida annab meile Higgsi vastastikmõju avastamine ca 7 aastat tagasi, oskame ehk öelda lähimatel aastakümnetel. Üks aga on kindel: tehnoloogiad, mida eksperimendi läbiviimiseks arendama pidime, on palju kiiremini jõudmas ühiskonnas aktiivsesse kasutusse meie kõigi hüvanguks.

Eesti Noorte Teaduste Akadeemia algatatud artiklisarjas «Milleks meile alusteadused?» tutvustavad erinevate valdkondade teadlased oma erialasid ning selgitavad, kuidas uudishimu poolt juhitud teadus võimaldab nihutada inimkonna teadmiste piire.

Populaarne

Tagasi üles