სოფიო პატარაია ევროპაში მოღვაწე ფიზიკოსია, რომელსაც საინტერესო და მრავალმხრივი გამოცდილება აქვს. თბილისის სახელმწიფო უნივერსიტეტის დასრულების შემდეგ სოფიო მაქს პლანკის ინსტიტუტისა და მიუნხენის ტექნიკური უნივერსიტეტის დოქტორი გახდა, რის შემდეგაც CERN-ში ATLAS ექსპერიმენტზე დაიწყო მუშაობა. CERN-ში სოფიო ისეთ საკითხებზე მუშაობდა, როგორიც სტანდარტული მოდელი და სუპერსიმეტრიაა. იგი ასევე მონაწილეობდა ბნელი მატერიის ძიებაში და ექსპერიმენტის სტატისტიკის კომიტეტის წევრიც გახლდათ. 2019 წელს, ექსპერიმენტის დროებითი შეჩერების შემდეგ, მან ევროპის კოსმოსურ სააგენტოში მიკროტალღური ინჟინრის თანამდებობაზე გადაინაცვლა. სოფიოს CERN-ში მუშაობის პერიოდში არაერთი სამეცნიერო სტატია აქვს გამოქვეყნებული, ახლა კი, უკვე ორ წელზე მეტია, იგი ატომური საათების შექმნასა და აწყობაზე მუშაობს და ექსპერიმენტებს დამოუკიდებლად ატარებს.

სამოქალაქო ომი, ფიზიკა და სამართალი

"სკოლაში 90-იან წლებში დავდიოდი. მაშინ არც შუქი იყო, არც გათბობა. ხშირად მეტროც ითიშებოდა და გარკვეული დროით სკოლაში გვიწევდა ხოლმე დარჩენა. ძალიან დიდი მოტივაცია იყო საჭირო იმისთვის, რომ იმ პირობებში სწავლის პროცესი ბოლომდე მიგეყვანა. თუმცა, ჩემი მშობლები ჩემი განათლებით ძალიან იყვნენ დაინტერესებულები. ამიტომ, დედამ მეხუთე კლასიდან სპეციალურ გიმნაზიაში გადაგვიყვანა — შიგნით სასწაული ხდებოდა. გარეთ თუ დაძაბული მდგომარეობა იყო და სამოქალაქო ომი მძვინვარებდა, ჩვენ სკოლაში ფიზიკა-ქიმიის ლაბორატორიაში ექსპერიმენტების ტარებაში გაგვყავდა დრო. აქ სწავლის პროცესში ისევე ვიყავი ჩართული, როგორც ნორმალურ პერიოდში ვიქნებოდი", — ამბობს სოფიო პატარაია.

როგორც იხსენებს, თავიდან ძალიან ცნობისმოყვარე იყო და ყველა საგანი აინტერესებდა. ძალიან უყვარდა ლიტერატურა და მისთვის კითხვა იმ პერიოდში ერთადერთი "ნათელი წერტილი" იყო. სოფიოს თქმით, განსაკუთრებით სამეცნიერო ფანტასტიკით იყო გატაცებული, რამაც მისი მეცნიერებითა და მომავლის ტექნოლოგიებით დაინტერესებას შეუწყო ხელი.

სკოლიდან სოფიო თბილისის სახელმწიფო უნივერსიტეტის საღამოს სკოლაში მოხვდა, სადაც მე-9 კლასიდან დაიწყო სიარული. აქ უნივერსიტეტის ლექტორები მოსწავლეებს ფიზიკას, მათემატიკას და ინფორმატიკას ასწავლიდნენ. მისი თქმით, ეს უნივერსიტეტში ჩაბარებამდე ერთგვარი მომზადების პროცესი იყო. სკოლის დასრულების შემდეგ კი მან ამავე თსუ-ში ფიზიკა-ინფორმატიკის მიმართულებაზე ჩააბარა.

90-იანებში მიმდინარე პროცესებზე დაკვირვებამ ადამიანების უფლებების დაცვის სურვილიც გაუჩინა და სამართლისა და ეკონომიკის საერთაშორისო უნივერსიტეტში საერთაშორისო სამართლის დიპლომიც აიღო.

"ერთდროულად ორ უნივერსიტეტში სწავლა რთული იყო. ფიზიკაში თუ ყველაფერი ერთმანეთთან ჯაჭვურადაა დაკავშირებული და ლოგიკურად შეგიძლია რაღაცების მიხვედრა, სამართალში ასეულობით გვერდი მქონდა დასაზეპირებელი. მარტივი არ იყო, თუმცა, როგორც გითხარით, იმ პერიოდში სწავლა ჩემთვის ყველაზე დიდი ბედნიერების წყარო იყო. გარდა ამისა, მოტივაციას მაძლევდნენ ლექტორებიც, რომლებიც, მიზერული ხელფასის მიუხედავად, უნივერსიტეტში ფეხით დადიოდნენ და ყველანაირად ხელს გვიწყობდნენ სწავლაში".

ორ უნივერსიტეტში ბაკალავრიატის დასრულების შემდეგ მაგისტრატურა თსუ-ის ატომური და ბირთვული ფიზიკის მიმართულებაზე გააგრძელა. შემდეგ, სოფიოს თქმით, უნივერსიტეტში რეფორმები დაიწყო და სწავლის შემდგომ საფეხურზე გადასვლა ცოტა ხნით შეუძლებელი გახდა. თუმცა, მას დროის დაკარგვა არც უფიქრია და დოქტორანტურაზე საზღვარგარეთ გადაწყვიტა სწავლის გაგრძელება.

"ისეთ წლებში, როცა ფიზიკის მიმართულებით მეცნიერებაში საოცრებები ხდებოდა, თსუ-ის ფიზიკის ფაკულტეტი მაღალ სტანდარტებზე აგრძელებდა მუშაობას. ამიტომ, როცა დოქტორანტურაზე საზღვარგარეთ გადავწყვიტე სწავლის გაგრძელება, ჩემი დიპლომი უპრობლემოდ აღიარეს და იქ ჩაბარების პროცესი ძალიან გამიმარტივდა".

მაქს პლანკის ფონდში საბუთების გაგზავნის შემდეგ, სოფიოს და სხვა სტუდენტებს სხვადასხვა ექსპერიმენტების წარმომადგენლებთან დაუნიშნეს გასაუბრება, რომლის საფუძველზეც მათ ექსპერიმენტისთვის საინტერესო კანდიდატი უნდა აერჩიათ. როგორც თვითონ გვიყვება, სოფიოსთან მუშაობის სურვილი რამდენიმე ჯგუფმა გამოთქვა, მან კი CERN-ის დიდ ადრონულ ამაჩქარებელზე (LHC), ATLAS-ის ექსპერიმეტზე მუშაობა არჩია.

"ამაჩქარებელი ათობით წლის მანძილზე შენდებოდა. დოქტორანტურაზე რომ დავიწყე სწავლა, ზუსტად 1-2 წელში იგეგმებოდა მისი გახსნა, ამიტომ ძალიან გამიმართლა. დოქტორანტურაში მაქს პლანკის ინსტიტუტისა და მიუნხენის ტექნიკური უნივერსიტეტის ერთობლივ პროგრამაზე 2006-2009 წლებში ვსწავლობდი. დასრულების შემდეგ კი, იქიდან გამომდინარე, რომ LHC ახალი გახსნილი იყო, ვიფიქრე, რომ ეს საუკეთესო დრო იყო CERN-ში მუშაობის დასაწყებად და ასეც მოვიქეცი".

ATLAS ექსპერიმენტი — ბნელი მატერიის ძიებაში

სოფიომ CERN-ში 2006-19 წლებში იმუშავა. ამ პერიოდში ასევე პოსტდოკად მუშაობდა მაინცის, ვისკონსინისა და ვუერტალის უნივერსიტეტებში და დოქტორანტურის სტუდენტებს ხელმძღვანელობდა. CERN-ში მუშაობის პერიოდში 30-მდე სტატია გამოაქვეყნა. მონაწილეობდა ექსპერიმენტის ჩატარების, აღრიცხვისა და დამუშავების ყველა ეტაპზე. გარდა ამისა, აქ საქართველოდან ჩამოსულ მოსწავლეებს ნაწილაკების ფიზიკაზე ლექციებს მოხალისეობრივად უტარებდა.

ATLAS ექსპერიმენტში თავიდან სოფიო სტანდარტული მოდელის ყველაზე მასიური ნაწილაკის — ზემო კვარკის (top quark) წარმოქმნის სიხშირეს იკვლევდა, ამ თემაზე დაიცვა სადოქტორო ნაშრომიც. ამის შემდეგ აქ ბევრ საინტრესო ტექნიკურ საქმეზე მოუწია მუშაობა. მათ შორისაა დეტექტორის კალიბრაცია და პოზიციონირება. როგორც თვითონ გვიყვება, დეტექტორის პოზიციონირება მნიშვნელოვანია მასში ენერგიის ზუსტი გაზომვისა და შესაბამისად, მასში ნაწილაკების წარმოქმნისა და დაშლის სურათის აღსადგენად. ასევე მუშაობდა სტანდარტული მოდელის მეორე ნაწილაკის — ქვემო კვარკის (bottom quark) ამოცნობაზეც.

"აქ მუშაობის პერიოდში ვეძებდი სუპერსიმეტრიით ნაწინასწარმეტყველებ ახალ ნაწილაკებს. მეცნიერთა ჯგუფთან ერთად ვაკვირდებოდით ისეთ პროცესებს, რომლის დროსაც ენერგიის ნაკლებობა დაიმზირება, ანუ ირღვევა ენერგია-იმპულსის შენახვის კანონი. დეტექტორში შეჯახებამდე და შეჯახების შემდეგ დგება ენერგიისა და იმპულსის ბალანსის განტოლება. როდესაც შეჯახების შემდეგ ეს ბალანსი არ დგება და ენერგიის ნაწილი იკარგება, ამ დროს ვიკვლევთ, თუ რა არის პასუხისმგებელი დაკარგულ ენერგიაზე — ეს შეიძლება იყოს ეგზოტიკური ნაწილაკი, რომელიც არ დაიმზირება, ან რომელიც ჯერ აღმოჩენილი არაა".

აღსანიშნავია, რომ სოფიო ბნელი მატერიის აღმოჩენაზეც მუშაობდა. მოგეხსენებათ, სამყაროს 27%-ს სწორედ ეს მატერია შეადგენს, თუმცა, დღემდე მისი არსებობის ერთადერთ დამადასტურებელ ნიშანს კოსმოსში გრავიტაციული ურთიერთქმედებები წარმაოდგენს. სოფიო და მისი კოლეგები ამაჩქარებელზე შეჯახებების შემდეგ ისეთ ნაწილაკებს ეძებდნენ, რომლებიც, შესაძლოა, კოსმოსურ მასშტაბებზე ბნელი მატერიის კანდიდატი ყოფილიყო.

როგორც აღვნიშნე, სოფიო არაერთი სტატიის მთავარი ავტორი იყო, მისი ბოლო სტატია კი ჰიგსის ბოზონის სხვა მასიურ ნაწილაკებად — ისევ ბოზონებად დაშლას ეხებოდა. მისი თქმით, ამ პროცესის დამზერა საკმაოდ რთულია და ამისთვის ისეთი მეთოდების განვითარებაა საჭირო, რომლის დახმარებითაც მაქსიმალურად შემცირდება ფონური ხმაური და დაშლის დროს მიღებულ სიგნალების სხვა პროცესებისგან გამოყოფა გახდება შესაძლებელი. დაშლის დასამზერად საჭირო იყო სპეციალური სტატისტიკური ანალიზი, რაშიც ქართველი მეცნიერი ასევე იღებდა მონაწილეობას.

CERN-ში მუშაობის პერიოდში მეცნიერი სტატისტიკის ათკაციანი კომიტეტის წევრიც გახდა, სადაც, დანარჩენ წევრებთან ერთად, ადგენდა რეკომენდაციებს ATLAS ექსპერიმენტის საბოლოო სტატისტიკური ანალიზის ჩატარების შესახებ.

"კოორდინირებას ვუწევდი პროგრამული უზრუნველყოფის სტატისტიკურ ჩარჩოს, რომელსაც მონაცემების დასამუშავებლად და ფიზიკური მოდელების შესადგენად მთელი ექსპერიმენტი იყენებდა. აქედან სტატისტიკურ კომიტეტში მოვხვდი, სადაც ძალიან ინტენსიური და საინტერესო გამოცდილება მივიღე".

2019 წელს ამაჩქარებლის სისტემურად დაგეგმილი განახლება დაიწყო, რა დროსაც მეცნიერმა კიდევ ერთხელ ახალ ეტაპზე გადასვლა გადაწყვიტა და სამუშაოდ ევროპის კოსმოსურ სააგენტოში — ESA-ში გადავიდა.

მუშაობა ევროპის კოსმოსურ სააგენტოში

"2019 წელს ჰიგსი უკვე აღმოჩენილი იყო. ამ დროს დაიწყო ექსპერიმენტის განახლება, ამიტომ ეს დრო გამოვიყენე და ESA-ში გადავედი სამუშაოდ", — მიყვება სოფიო პატარაია.

ევროპის კოსმოსური სააგენტო ევროპაში NASA-ის ექვივალენტია. აქ კოსმოსთან დაკავშირებული ყველანაირი კვლევა მიმდინარეობს. ESA-ის კოსმოსური ფრენების პროგრამა მოიცავს ადამიანების გაშვებას კოსმოსში (ძირითადად საერთაშორისო კოსმოსურ სადგურზე სამუშაოდ), სხვა პლანეტებსა და მთვარეზე უპილოტო საძიებო მისიების გაშვებას, დედამიწის დაკვირვებას, გასაშვები მოწყობილობების შექმნას, მეცნიერებასა და ტელეკომუნიკაციებს. სააგენტო ასევე NASA-სთან ერთად მუშაობს Orion კოსმოსური ხომალდის მომსახურების მოდულის შექმნაზე.

სოფიო პატარაიამ აქ მიკროტალღური ინჟინრის თანამდებობდაზე მუშაობა დაახლოებით ორ წელიწადნახევრის წინ დაიწყო. ამჟამად იგი ატომური საათის ტექნოლოგიების განვითარებაზე მუშაობს. როგორც თვითონ მიყვება, დროის დასადგენად არსებობს სტანდარტები, ამჟამად კი ამ უკანასკნელის განსაზღვრისთვის სწორედ ატომურ საათებს იყენებენ.

"სამი წელიც არაა, რაც აქ ვარ და უკვე ძალიან ბევრ საინტერესო პროექტზე მიწევს მუშაობა. ESA-ში მოსახვედრად ძალიან ბევრი მუშაობა დამჭირდა და აქ ყოფნით თავს ძალიან ამაყად ვგრძნობ. ახლა კოსმოსურ სააგენტოში დამოუკიდებლად ვმუშაობ. ლაბორატორიაში ექსპერიმენტებს დამოუკიდებლად ვატარებ, დაგეგმარებიდან დაწყებული, ხელსაწყოების ყიდვით და ხელით აწყობით გაგრძელებული და ბოლოს ექსპერიმენტის ჩატარებით და ანგარიშის დაწერით დასრულებული, ყველაფერს მე ვაკეთებ და ძალიან მიხარია, რომ ეს გამომივიდა. ეს ყველაფერი კი იმის გათვალისწინებით, რომ აქ გადმოსვლისას კვლევის საგანი შევიცვალე და ამ ტიპის სამუშაო ჩემთვის სიახლეს წარმოადგენდა".

სოფიოს თქმით, ESA-ში არამხოლოდ ფიზიკოსები და ინჟინრები, სხვა უამრავი პროფესიის ადამიანებიც მუშაობენ. არიან ბიოლოგები, რომლებიც იკვლევენ კოსმოსის გავლენას ადამიანის ორგანიზმზე, იურისტები იურიდიულ პროცესებს სწავლობენ, არსებობს ნაწილაკების ფიზიკის განყოფილება, სადაც კოსმოსიდან მომავალ რადიაციას აკვირდებიან, ინჟინერთა ჯგუფი, რომლებიც ახალ ნივთიერებებს ავითარებენ. აქვე მუშაობენ 3D tracking-ზე, რაც მთვარისა თუ სხვა პლანეტების ზედაპირის სამგანზომილებაში ვიზუალიზაციისა და მონაცემების შეგროვების საშალებას იძლევა. ეს უკანასკნელი განსაკუთრებით მნიშვნელოვანი იქნება პლანეტების ზედაპირზე არსებული პირობების შესასწავლად.

ატომური საათები — ფიზიკოსის და ინჟინრის დამოუკიდებელი ექსპერიმენტები

სკოლიდან გემახსოვრებათ, რომ ატომში, ბირთვის გარშემო ელექტრონები შრეებზე მოძრაობენ. როდესაც ელექტრონი ერთი შრიდან მეორეზე გადაადგილდება, ენერგიის კვანტა გამოსხივდება, რომლის სიხშირეც ყოველთვის ზუსტად განმეორებადია. ალბათ, ისიც გახსოვთ, რომ სიხშირე და პერიოდი ერთმანეთთანაა დაკავშირებული და ერთმანეთის უკუპროპორციულ სიდიდეებს წარმაოდგენს. ამ ფიზიკის საფუძველზე, ატომურ საათებში გამოსხივების ზუსტი სიხშირის და, შესაბამისად, ზუსტი პერიოდის გაზომვაა შესაძლებელი.

როგორც ვიცით, დრო აბსოლუტური სიდიდე არ არის და მის გასაზომად სხვადასხვა ათვლის სისტემა გამოიყენება. სამაგიეროდ, შესაძლებელია ნულოვანი მომენტიდან დროის ზუსტი პერიოდის გაზომვა და სწორედ ამისთვის გამოიყენება ატომური საათები, რომელთა დამზადება ძალიან კომპლექსურ ინჟინერიას მოიცავს.

"ამჟამად წყალბადის ატომურ საათებზე ვმუშაობ", — მიყვება სოფიო. "წყალბადის ატომის გამოსაცალკევებლად ჯერ წყალბადის პლაზმა იქმნება, სადაც წყალბადის მოლეკულები იშლება და ხდება წყალბადის ისეთი ატომის შერჩევა, რომელიც ზუსტად იმ კვანტურ მდგომარეობაშია, სადაც მეცნიერებისთვის საჭირო გადასვლა უნდა მოხდეს. შერჩევის შემდეგ წყალბადის ატომებს მიკროტალღურ ჭურჭელში ვათავსებთ, სადაც ელექტრონის ერთი შრიდან მეორეზე გადასვლა დაიმზირება. გამოსხივებული კვანტის ზუსტი სიხშირის დათვლის საფუძველზე ვითვლით კვანტების გამოსხივების ზუსტ პერიოდსაც", — განმარტავს იგი.

ევროპის კოსმოსურ სააგენტოში აღნიშნულ საათებს ხელოვნურ თანამგზავრებზე ამაგრებენ, რომლებიც ნავიგაციისთვის გამოიყენება. დედამიწაზე ადამიანის წერტილოვანი მდებარეობის განსაზღვრისთვის პლანეტიდან სიგნალი 3-4 სხვადასხვა სატელიტს ეგზავნება და მათ შორის მანძილები დგინდება. მაგრამ, მანძილის ზუსტად გაზომვისთვის სულ მცირე შეცდომა, დროის სინქრონიზაციის მცირე დარღვევაც კი მანძილის გაზომვაში დიდ ცდომილებას გამოიწვვევს. ამიტომ, რაც უფრო ზუსტია დროის პერიოდის გაზომვა, მით უფრო ზუსტად ხდება დედამიწაზე ობიექტის ადგილმდებარეობის განსაზღვრა. გალილეოს ხელოვნურ თანამგზავრებზე არსებული მაღალი სიზუსტის ატომური საათების წყალობით, ადგილმდებარეობა სანტიმეტრების სიზუსტით განისაზღვრება.

"ზუსტი დროის გაზომვას დიდი მნიშვნელობა აქვს ფუნდამენტურ მეცნიერებებშიც. მაგალითად, იმ შემთხვევაში, თუ დედამიწაზე მაღალი სიზუსტით გავზომავთ დროის პერიოდს, აინშტაინის თეორიის მიხედვით, შესაძლებელი იქნება ზუსტი გრავიტაციული ურთიერთქმედების გაზომვა ამ წერტილში, საბოლოოდ კი დედამიწის გრავიტაციული სურათის დადგენასაც შევძლებთ. დროის მაღალი სიზუსტით გამოთვლა მნიშვნელოვანია დიდი რაოდენობით ინფორმაციის გაცვლის ან ისეთი ექსპერიმენტების ჩატარების დროს, როდესაც დიდ მანძილებზე სიგნალების გადაცემა ხდება".

გარდა ამისა, სატელიტებზე რაიმეს მოთავსების და მათი კოსმოსში გაშვების შემდეგ, მისი შეკეთება შეუძლებელი ხდება, ამიტომ, მეცნიერები წინასწარ უნდა დარწმუნდნენ, რომ ეს ტექნოლოგიები კოსმოსის რადიაციას გაუძლებს და 10-12 წლის მანძილზე მაინც გაძლებს. ატომური საათის გაუმართაობის შემთხვევაში ხელოვნური თანამგზავრიც უფუნქციო ხდება. აქვე უნდა აღინიშნოს, რომ ეს ტექნოლოგია გამოიყენება არა მხოლოდ ნავიგაციისთვის, არამედ ნებისმიერი მანძილის გაზომვისთვის როგორც დედამიწამდე, ასევე ღრმა კოსმოსური მოგზაურობის დროსაც.

"ატომური საათების გარდა, ვმუშაობ ოპტიკურ და ლაზერულ საათებზეც, შეხება მაქვს სხვადასხვა დარგის ფიზიკასთან. ახლა ახალ ტექნოლოგიაზე დავიწყე მუშაობა, რომლის საშუალებითაც აღნიშნულ კვანტურ მდგომარეობას ლაზერით შევქმნით. უკვე არსებობს ტექნოლოგიები, რომლებიც, გადასვლამდე, ატომური მდგომარეობის შენარჩუნებაში გვეხმარება. მაგალითად, ატომის ლოკალიზაციით ელექტრომაგნიტურ ველში შეგვძლია კვანტური მდგომარეობის შენარჩნება, ან მიკროტალღურ ჭურჭელში ატომებს შორის დაჯახებები შევამციროთ და ამით შევინარჩუნოთ კვანტური მდგომარეობა".

კარგი ორშაბათი

სოფიო ამჟამად ჰოლანდიაში ცხოვრობს. მეცნიერის თქმით, თავისი სამსახური ძალიან უყვარს, ამიტომ ორშაბათი დღე და სამსახურში მისვლა ძალიან უხარია ხოლმე. როგორც თვითონ გვიყვება, დღის დიდ ნაწილს კამპუსში ატარებს, შემდეგ კი, COVID-19-ით გამოწვეული პანდემიის გამო, საღამოების გატარება სახლში უწევს და დროს ლიტერატურის კითხვას უთმობს.

"მე გალილეოს სატელიტებზე ვმუშაობდი. ჩემი კვლევა ძალიან მნიშვნელოვან და პრიორიტეტულ პროექტად ჩაითვალა, რისთვისაც აუცილებლად სამსახურში უნდა ვყოფილიყავი. ასე რომ, პანდემიის დროს მუშაობა ჩვეულებრივ გავაგრძელე, ეს პერიოდი კი განსაკუთრებით ნაყოფიერი გამოდგა — ლოქდაუნის დროს ნაკლები შეხვედრები ტარდებოდა, კამპუსშიც სიმშვიდე იყო და ლაბორატორიაში ძალიან სწრაფად და ეფექტიანად ვმუშაობდით. ამ მხრივ ძალიან გამიმართლა. ვიცი, პანდემიამ როგორ დააზარალა ხალხი და ამის გამო ძალიან ვწუხვარ".

სოფიო მიიჩნევს, რომ დღეს მსოფლიოში განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია მათემატიკასა და საბუნებისმეტყველო საგნებში ფუნდამენტური განათლების მიღება და იმედს გამოთქვამს, რომ საქართველოში ამის შესაძლებლობა სულ უფრო მეტ ადამიანს ექნება. ევროპის კოსმოსურ სააგენტოში მოღვაწე ქართველი მეცნიერი, რომელიც ასტრონავტობაზე ოცნებობდა, ჯერ კოსმოსში ვერ მიფრინავს, მის მიერ განვითარებული ატომური საათებისგან განსხვავებით.