V iskanju pojasnila velikega poka je nastalo marsikaj

V ponedeljek bo za evropsko znanost poseben dan. CERN, evropska organizacija za jedrske raziskave na obrobju Ženeve, bo dopolnila 60. leto delovanja. Zakaj bi to bilo nekaj posebnega? Ker je bila ustanovljena, da bi omilila beg možganov iz Evrope v ZDA, danes pa vanjo prihaja več ameriških znanstvenikov kot kamorkoli drugam. Cern torej dokazuje, da je stara celina sposobna ključnih prebojev v znanosti in tehnologiji, če se le prav organizira.

S svojo tehnološko opremo in velikim hadronskim trkalnikom, ki se razteza v 27-kilometrskem krožnem predoru sto metrov pod zemljo med vznožjem pogorja Jura in Ženevskim jezerom, Cern danes nesporno ni le osrednji svetovni laboratorij za fiziko delcev, temveč tudi po znanstvenem izplenu sodi med najbolj elitne institucije na svetu. Med njegovimi sodelavci najdemo več Nobelovih nagrajencev, sami dosežki eksperimentov, izvedeni v Cernu, pa so bili z Nobelovo nagrado nagrajeni kar dvakrat. Nazadnje pred dvema letoma, ko sta Cernova detektorja ATLAS in CMS izsledila dolgo iskani Higgsov bozon, zadnji manjkajoči gradnik materije, in s tem potrdila tako imenovano teorijo standardnega modela, ki pojasnjuje razvoj vesolja.

Priznajmo, da gre pri Higgsovem bozonu za tako zelo temeljno znanost, da večini ljudem s še tako poenostavljeno razlago ni povsem jasno, zakaj bi bilo tako odkritje, za katero je potrebna izredno draga oprema, pomembno in vredno vloženega denarja in truda. Mar ne bi bilo denar, porabljen za raziskovalno opremo, kakršne si zaradi visoke cene, ki se šteje v milijardah evrov, ne more privoščiti nobena univerza na svetu, pametneje nameniti, recimo, za opremo bolnišnic?

Hadronska terapija obeta varno zdravljenje tumorjev

A pomislek, ki je videti še kako upravičen, se sesuje že ob vprašanju, denimo, kakšno opremo za bolnišnice naj bi izbrali. Zagotovo kar se da varno in učinkovito. Za terapijo tumorjev na možganih, na primer, med najnovejše, najbolj varne in najbolj učinkovite zelo verjetno sodijo tako imenovani hadronski laserji. In tu se srečamo s Cernom. Tamkajšnji raziskovalci namreč niso le tisti, ki so »ujeli« Higgsov bozon, marveč so v prizadevanju, da bi ga zasledili, razvili novo, zelo učinkovito in varno tehnologijo za zdravljenje tumorjev – hadronske laserje. Te s pridom že uporabljajo za zdravljenje nevarnih tumorjev globoko v možganih na Japonskem in v Italiji, velik raziskovalni in zdravstveni center za tako imenovano hadronsko terapijo pa prav zdaj skupaj z avstrijskim ministrstvom za znanost gradijo v dunajskem Novem mestu. Trenutno je ta terapija najpomembnejša izboljšava v zdravljenju raka z obsevanjem.

Ta dosežek z zelo oprijemljivo koristjo za rakave bolnike pa ni edini »stranski« rezultat raziskovalnega dela v Cernu. Samo na področju medicine velja omeniti nove, miniaturne elektronske silicijeve čipe, ki so jih v Cernu razvili za znanstvene eksperimente v detektorju Atlas, da bi z njihovo pomočjo izsledili temeljne delce kar najbližje mestu trka s protonom. Za te male polprevodniške detektorje je značilna visoka učinkovitost zaznavanja z nizkim šumom, zaradi česar so idealni za uporabo pri slikanju z rentgenskimi žarki in sploh v radiografiji, proteinski kristalografiji in v raziskovanju materialov. Z izredno visoko prostorsko ločljivostjo so sposobni zaznati rentgenske fotone v širokem energijskem obmo??ju z izjemno kratkimi časi za razbiranje. Ti mali detektorji, ki so v Cernu sledili posameznim protonom, zdaj v medicinskih diagnostičnih napravah, recimo pri mamografiji, omogočajo natančno digitalno sliko, pri kateri ni omejitev zaradi premajhne ali prevelike izpostavljenosti sevanju.

Boljši digitalni posnetki dogajanja v telesu

Še en tak stranski rezultat raziskovanja v Cernu je PIXSCAN, nova metoda v računalniški tomografiji. Gre za uporabo XPAD, detektorja za štetje fotonov, ki bistveno izboljša kontraste pri slikah mehkih tkiv in ustvari več kot tisoč posnetkov v eni sami sekundi. Prvi prototip so raziskovalci v Cernu razvili za raziskave malih živali, pri katerih je zaradi njihove majhnosti nujna izjemno visoka resolucija. Ti prvi tomografski posnetki dokazujejo kakovost nove tehnike, ki je zaradi enostavne elektronske kontrole in majhne velikosti idealna za kombinacijo s pozitronsko emisijsko tomografijo (PET) za simultane PET/CT-posnetke. Medtem ko PET-posnetki pokažejo samo tkivo tumorjev, pa CT-posnetki hkrati pokažejo posnetek celotnega organa. Obenem izbira rentgenske energije za XPAD omogoča spektralni CT, kar je edini način za tridimenzionalne posnetke različnih kontrastnih dejavnikov z zgolj enim posnetkom.

Hitrost posnetkov oziroma hitrost zaznave je pri eksperimentih v Cernu bistvenega pomena. Njihove kamere, ki snemajo soj protonov in njihove trke, lahko v eni sekundi ustvarijo 40 milijonov visokoresolucijskih posnetkov. Da bi bili kar najbolj uspešni pri zaznavanju za nas nepredstavljivo kratkih dogajanj, fiziki, ki opravljajo poskuse v detektorju Atlas, med drugim skupaj z nevrobiologi proučujejo informacije, ki jih oko pošilja v možgane. To je privedlo do projekta Retina, očesna mrežnica.

Umetni vid za slepe

Gre za izjemno izpopolnjen biološki pikselni detektor, ki pretvarja vizualne podobe v električne signale, imenovane špice ali konice. Te konice delujejo kot živčne kode in sporočajo lastnosti podobe v vidni center v možganih. Da bi razbrali te kode, znanstveniki raziskujejo živo tkivo mrežnice. Razvili so zaznavni sistem za živčno aktivnost s pomočjo tehnologije na osnovi silicijevega detektorja, kot ga uporabljajo v eksperimentih v Atlasu. Prav ti eksperimenti danes pomagajo nevrobiologom pri razumevanju, kako živi živčni sistemi obdelujejo in kodirajo informacije. Upajo, da jim bo v prihodnosti ravno po tej poti morda uspelo razviti umetni vid za slepe.

Stranski produkti raziskav v Cernu pa niso omejeni le na uporabo v zdravstvu, temveč naše življenje prežemajo na vseh ravneh. Si lahko predstavljate svoj vsakdanjik brez interneta? Danes bi se življenje brez povezave v svetovno računalniško mrežo marsikje ustavilo ali bi bilo vsaj močno oteženo. A še pred 25 leti smo brez težav živeli in delali brez interneta. Svetovni splet, znan pod kratico www, se je takrat rodil prav v Cernu, ko so se znanstveniki za učinkovitejšo obdelavo in izmenjavo znanstvenih rezultatov na internetu povezali v svetovno računalniško mrežo. Ta je kmalu presegla znanstvene kroge in nezadržno prodrla na vsa področja našega življenja.

Se še sprašujete, ali se splača vlagati denar in energijo v temeljne znanstvene raziskave?