Fizycy z Katedry Mechaniki Kwantowej oraz Centrum Doskonałości Astrofizyka i Astrochemia po raz drugi organizują ogólnopolski konkurs Mistrz Teorii. Kapituła wyłoni autora najlepszej pracy magisterskiej dotyczącej fizyki teoretycznej.
Już pierwsza edycja konkursu Mistrz Teorii cieszyła się dużym zainteresowaniem. Kapituła złożona z najlepszych teoretyków zajmujących się fizyką i chemią kwantową, w skład której wchodzą profesorowie z polskich uczelni: dr hab. Rafał Demkowicz-Dobrzański, prof. UW (Uniwersytet Warszawski), dr hab. Łukasz Cywiński (Instytut Fizyki PAN), prof. dr hab. inż. Paweł Machnikowski (Politechnika Wrocławska), prof. dr hab. Marcin Mierzejewski (Politechnika Wrocławska), prof. dr hab. Katarzyna Pernal (Politechnika Łódzka), prof. dr hab. inż. Bartłomiej Szafran (Akademia Górniczo-Hutnicza) oraz badacze z naszego UMK: prof. dr hab. Dariusz Chruściński, dr hab. Michał Zieliński, prof. UMK oraz dr hab. Piotr Żuchowski, prof. UMK, miała trudne zadanie.
Szukaliśmy pracy magisterskiej o nowatorskim charakterze, z istotnym, udokumentowanym wkładem kandydata w rozwój metod teoretycznych bądź numerycznych – mówi dr hab. Michał Zieliński, prof. UMK z Katedry Mechaniki Kwantowej w Instytucie Fizyki UMK. - Zaręczam, że wszyscy potraktowali sprawę bardzo poważnie – nie tylko skrupulatnie wczytali się w nadesłane prace, ale też żywo o nich dyskutowali, przerzucają się argumentami o tym, która praca zasługuje na przyznanie jej nagrody.
Zimne gazy
Podczas pierwszej edycji najwięcej zwolenników zdobyła praca magisterska zatytułowana "Wzbudzenia elementarne jednowymiarowych, bozonowych kropli kwantowych z oddziaływaniami dipolowymi" (Elementary excitations of one-dimensional dipolar quantum Bose droplets) mgr. Macieja Łebka, absolwenta Uniwersytetu Warszawskiego. Promotorem był dr hab. Krzysztof Pawłowski z Centrum Fizyki Teoretycznej PAN.
- Zaczęło się od obowiązkowych praktyk na studiach – zdecydowałem się odbyć je w Centrum Fizyki Teoretycznej PAN pod opieką prof. Kazimierza Rzążewskiego. Po nich kontynuowałem współpracę z tą jednostką i z naukowcami w niej pracującymi, w tym właśnie z prof. Pawłowskim, który zgodził się być moim promotorem – mówi Maciej Łebek.
Laureat przyznaje, że fizykę teoretyczną polubił już w liceum, zaczynając studia miał więc już dość sprecyzowane zainteresowania naukowe.
Początkowo interesowała mnie po prostu fizyka. To niesamowita nauka – trudna, wymagająca, ale przez to też tak interesująca i głęboka, rozwijająca intelektualnie na wielu polach, nie tylko ściśle naukowym. Uczy analitycznego myślenia – wyjaśnia Maciej Łebek. – Dość wcześnie w liceum zacząłem brać udział w konkursach i olimpiadach przedmiotowych. Jak się uczestniczy w tego typu inicjatywach, szybko widzi się, czy woli się bardziej teorię czy doświadczenie. Mnie pociągała właśnie teoria, jest dla mnie ciekawsza, bardziej odpowiada moim zdolnościom.
Praca, którą doceniła kapituła konkursowa, dotyczy opisu zimnych gazów kwantowych, dziedziny, której rozkwit przypada na lata 90. ubiegłego wieku i nadal cieszy się dużym zainteresowaniem. Mówiąc o zimnych gazach, mamy na myśli temperatury rzędu setek nanokelwinów. W takich warunkach gazy zachowują się zupełnie inaczej, ujawniając falową naturę cząsteczek tworzących gaz, łatwiej też przyjrzeć się ich niektórym właściwościom.
O cząsteczkach zimnego gazu nie możemy myśleć jak o "kuleczkach", które się od siebie odbijają czy też wymieniają energię. Należy je raczej traktować jak obiekty kwantowe – tłumaczy Mistrz Teorii z ubiegłego roku. - Badanie gazów kwantowych pozwala unaocznić nam jak działa kwantowa mechanika, jak działa kwantowy świat, jakie są różnice między mechaniką kwantową a mechaniką klasyczną.
Pozwala to na późniejsze wykorzystanie teorii m.in. do przeprowadzenia precyzyjnych pomiarów pola magnetycznego bądź przyspieszenia grawitacyjnego.
Maciej Łebek rozwija swoją naukową ścieżkę – gazami kwantowymi, choć w innym aspekcie, zajmuje się w przygotowywanej obecnie rozprawie doktorskiej. Interesują go zjawiska nierównowagowe, w których gazy znajdują się poza równowagą termodynamiczną. W szczególności zajmuje się procesem zwanym termalizacją, w którym gaz, który jest początkowo w stanie nierównowagowym, dochodzi do stanu równowagi termodynamicznej.
- Bardzo obrazowo mogę podać taki przykład. Wyobraźmy sobie, że zgromadzimy gaz w pojemniku, ale tylko w jego części. Następnie uwolnimy go i pozwolimy wypełnić całą przestrzeń pojemnika. Ten właśnie proces, w którym cząsteczki wypełniają całą przestrzeń oddziałując ze sobą to proces termalizacji, dochodzenia gazu do równowagi – tłumaczy Łebek. – Zachowanie gazów w takich procesach wciąż jest słabo zrozumiane i budzi wiele pytań, zarówno teoretycznych jak i doświadczalnych.
Mistrz Teorii po raz drugi
Katedra Mechaniki Kwantowej oraz Centrum Doskonałości Astrofizyka i Astrochemia UMK ogłasza drugą edycję konkursu. I tym razem organizatorzy szukać będę ambitnej i nietuzinkowej pracy magisterskiej poświęconej fizyce teoretycznej. Warunek: praca musi być obroniona w 2022 r. w polskiej jednostce naukowej. Wniosek o nagrodę mogą składać zarówno sami autorzy, jak i ich promotorzy. Termin przyjmowania zgłoszeń upływa 31 maja. Szczegóły konkursy Mistrz Teorii 2022 znajdują się w regulaminie na stronie konkursu: http://mistrzteorii.fizyka.umk.pl/.
Powstało wiele ciekawych i bardzo dobrych prac magisterskich z fizyki teoretycznej/kwantowej, także u nas – w Katedrze Mechaniki Kwantowej UMK. Nie przebiły się jednak do szerszej świadomości naukowej, a to szkoda – mówi prof. Zieliński. – Stąd też nasz pomysł na taki właśnie konkurs. Chcemy nagradzać, także finansowo, młodych, zdolnych i ambitnych teoretyków. Pokazać ich szerszemu gronu naukowców. Dlatego też w kapitule konkursu zasiadają specjaliści z całej Polski, naukowcy z uniwersytetów, politechnik, akademii. To gwarancja, że nagrodzona praca została uznana przez ekspertów z całego kraju.