Την ερχόμενη Τρίτη εγκαινιάζεται το ευρωπαϊκό κέντρο λέιζερ ακτινών Χ, XFEL, στο Αμβούργο, που θα ρίξει νέο φως στην επιστημονική έρευνα, δημιουργώντας μια ολοκαίνουργια περιοχή πειραμάτων στη σωματιδιακή φυσική, τη χημεία, τη νανοτεχνολογία, τη βιολογία και άλλες επιστήμες. Το XFEL θα είναι το πιο προηγμένο «μικροσκόπιο» που θα έχει κατασκευαστεί ποτέ, επιτρέποντας στους επιστήμονες όχι να υποθέτουν θεωρητικά, αλλά πραγματικά να δουν πώς συμπεριφέρονται άτομα, μόρια και πρωτεΐνες, αλλάζοντας τις αντιλήψεις τους γι’ αυτά και θέτοντας τις βάσεις για την παραγωγή νέων φαρμάκων και υλικών. Μέχρι σήμερα οι επιστήμονες μπορούσαν να πάρουν μόνο στατικές εικόνες των μοριακών ενώσεων που μελετούσαν χρησιμοποιώντας ακτίνες Χ ή να καταγράψουν την κίνηση των ενώσεων αυτών, αλλά όχι σε λεπτομέρεια που να τους επιτρέπει να διακρίνουν σε ατομικό επίπεδο τι συμβαίνει. Χάρη στο XFEL (Χ ray free electron laser – λέιζερ ακτινών Χ ελεύθερων ηλεκτρονίων) περιμένουν πως θα μπορέσουν για πρώτη φορά να καταγράψουν χημικές αντιδράσεις, να χαρτογραφήσουν μοριακές ενώσεις, να φτιάξουν τρισδιάστατες απεικονίσεις του νανοκόσμου με τέτοια λεπτομέρεια και ακρίβεια που ώς σήμερα ήταν απλώς αδύνατο.
Κατανόηση
Με τη σταδιακή ολοκλήρωσή της έως το 2013, η καινούργια αυτή ευρωπαϊκή ερευνητική υποδομή αναμένεται να συμβάλει τα μέγιστα στην κατανόηση των στοιχειωδών σωματιδίων και του υποατομικού κόσμου, κάτι που μακροπρόθεσμα θα μεταφραστεί σε πρωτοποριακά φάρμακα, υλικά και βιομηχανικά προϊόντα. Κυρίως όμως σημαίνει ότι η Ευρώπη, μετά τη δημιουργία του επιταχυντή σωματιδίων στη Γενεύη και τη δημιουργία του επιταχυντή αδρονίων, παίρνει διεθνώς το προβάδισμα στην έρευνα ξανά, κάτι που έχει, εκτός από επιστημονικές, σημαντικές οικονομικές και πολιτικές συνέπειες. Σε βάθος από 6 μέχρι 38 μέτρα ένα τούνελ μήκους 3,4 χλμ. -το μεγαλύτερο στον κόσμο- θα ξεδιπλωθεί στην ερευνητική περιοχή του ερευνητικού κέντρου DESY στο Αμβούργο της Γερμανίας, προκειμένου να φιλοξενήσει το εξαιρετικά πολύπλοκο αυτό και πρωτοποριακό λέιζερ. Πάνω από το τούνελ, τρία κτίρια με τουλάχιστον 10 ερευνητικούς σταθμούς μετρήσεων εξοπλίζονται με τεχνολογίες που δεν έχουν χρησιμοποιηθεί ποτέ ξανά, καθιστώντας το XFEL διεθνές κέντρο των σχετικών ερευνών.
Πρώτη φορά
Η ιστορία ξεκινάει τον Φεβρουάριο του 2000, όταν Γερμανοί επιστήμονες κατάφεραν να φτιάξουν το πρώτο υπεριώδες λέιζερ, κάτι που ήταν μια μικρή επανάσταση. Το 2002, μια διεθνής επιστημονική ομάδα στο FLASH -ένα τμήμα του κέντρου που λειτουργεί ήδη- μπόρεσε να παρατηρήσει την αλληλεπίδραση των ατόμων ενός αερίου υπό τον βομβαρδισμό εξαιρετικά ισχυρών ακτινών Χ, κάτι που επίσης συνέβαινε για πρώτη φορά. Ο συνδυασμός των δύο αυτών τεχνικών θα δώσει τα επόμενα χρόνια στους επιστήμονες τη δυνατότητα να παρατηρήσουν ακριβώς πώς συμπεριφέρεται η ύλη, όχι στατικά αλλά δυναμικά, καταγράφοντας αυτές τις συμπεριφορές σε ένα είδος φιλμ. Με αυτόν τον τρόπο το τούνελ του XFEL θα είναι στην πραγματικότητα το πιο προηγμένο μικροσκόπιο που θα έχει υπάρξει ποτέ. Αυτό αναμένεται να αλλάξει ριζικά τις επιστημονικές απόψεις για τον υποατομικό κόσμο, αφού θα αποκαλυφθούν στοιχεία όπως οι μαγνητικοί δεσμοί μεταξύ των ατόμων και άλλα στοιχεία, που μόνο θεωρητικά προσεγγίζονται σήμερα. «Θα μπορέσουμε να παρατηρήσουμε, για παράδειγμα, πώς τα πρωτεϊνικά μόρια αλλάζουν τη δομή τους με τον χρόνο, πώς η επιφάνεια ενός υλικού λιώνει ακριβώς, αν έχεις έναν κρύσταλλο, για παράδειγμα, μπορείς να τον βομβαρδίσεις με ένα λέιζερ και να τον παρατηρήσεις με ακτίνες Χ και έτσι να δεις πώς μεταβάλλεται η ατομική του δομή κ.λπ. Ολα αυτά δεν έχουν παρατηρηθεί ποτέ ξανά» λέει ο Rolf Teusch, φυσικός που δουλεύει ήδη στο FLASH. «Χάρη στις ακτίνες Χ μπορέσαμε να δούμε την έλικα του DNA και το 50% των πρωτεϊνών. Μας λείπει ακόμα το 50% που δεν μπορούν να κρυσταλλοποιηθούν ώστε να τις παρατηρήσουμε με ακτίνες και να βρούμε τη δομή τους. Με το XFEL θα μπορέσουμε να δούμε πραγματικά τι συμβαίνει».
Και η Ελλάδα στο πρόγραμμα
Η πολιτική απόφαση για τη δημιουργία του XFEL πάρθηκε το 2005 όταν εννέα χώρες (Γαλλία, Γερμανία, Ιταλία, Ελλάδα, Πολωνία, Ισπανία, Σουηδία, Ελβετία και Μεγάλη Βρετανία) υπέγραψαν την πρώτη συμφωνία υλοποίησης του προγράμματος. Τον επόμενο χρόνο πολλές ακόμα ευρωπαϊκές χώρες αποφάσισαν να συμμετάσχουν, ενώ η Ευρωπαϊκή Ενωση στο σύνολό της, αλλά και η Κίνα και η Ρωσία, αποφάσισαν να στηρίξουν το εγχείρημα. Αναμένεται να κοστίσει συνολικά 986 εκατομμύρια ευρώ, από τα οποία η Γερμανία θα καλύψει το 60% και οι υπόλοιποι Ευρωπαίοι εταίροι το 40%. Περισσότεροι από 350 ερευνητές από όλη την Ευρώπη ήδη εργάζονται για την κατασκευή του.
Στο μέλλον οι επιστήμονες σκοπεύουν να συνδέσουν την ακτίνα λέιζερ με σωματιδιακούς επιταχυντές που βρίσκονται στην τοποθεσία του DESY ώστε να επεκτείνουν ακόμα περισσότερο τις ερευνητικές του ικανότητες.
«Αυτή είναι μια υποδομή βασικής έρευνας» λέει η φυσικός Πέτρα Φόλκερτς. «Καμιά καινοτομία δεν είναι εφικτή πριν από τη διεξαγωγή τέτοιου είδους έρευνας. Το XFEL είναι αφιερωμένο στην κατανόηση του κόσμου στις ελάχιστες διαστάσεις. Η έρευνα που θα διεξαχθεί εκεί θα μας δώσει θαυμάσιες ευκαιρίες στο μέλλον για την ανάπτυξη πολύ αποτελεσματικότερων φαρμάκων, νανουλικών και πολλών ακόμα εφαρμογών που θα αλλάξουν την ζωή μας. Αλλά πρέπει πρώτα να καταλάβουμε πώς συμπεριφέρεται η ύλη στο νανόκοσμο».