Prof. Ewa Górecka z Wydziału Chemii oraz prof. Krzysztof M. Górski z Obserwatorium Astronomicznego otrzymali tegoroczną Nagrodę Fundacji na rzecz Nauki Polskiej w obszarze nauk chemicznych i o materiałach oraz w obszarze nauk matematyczno-fizycznych i inżynierskich.
Fundacja na rzecz Nauki Polskiej po raz 30. przyznała swoje najważniejsze wyróżnienia uczonym, których badania doprowadziły do przełomowych osiągnięć naukowych. Nagrody Fundacji na rzecz Nauki Polskiej przyznawane są co roku w czterech dziedzinach: nauk o życiu i o Ziemi, nauk chemicznych i o materiałach, nauk matematyczno-fizycznych i inżynierskich oraz nauk humanistycznych i społecznych.
Rozszyfrowując historię Wszechświata
Prof. Krzysztof M. Górski z Obserwatorium Astronomicznego UW (będącego częścią Wydziału Fizyki) i NASA Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology (Caltech) został wyróżniony przez FNP w obszarze nauk matematyczno-fizycznych i inżynierskich za opracowanie i wdrożenie metodologii analizy map promieniowania reliktowego, kluczowych dla poznania wczesnych etapów ewolucji Wszechświata.
Kosmiczne mikrofalowe promieniowanie tła, zwane promieniowaniem reliktowym, to najstarszy znany rodzaj promieniowania we Wszechświecie, autentyczny ślad Wielkiego Wybuchu. Mapa jego temperatury na astronomicznym niebie – „niemowlęce zdjęcie Wszechświata” – wyjawia nam pierwotne niejednorodności przestrzennego rozkładu materii, z których z upływem czasu powstały wszechobecne galaktyki i całe zoo obiektów niebieskich. Precyzyjne pomiary promieniowania tła mają znaczenie fundamentalne dla badań procesów, jakie zachodziły dawno temu we Wszechświecie i pozwalają rozszyfrowywać jego historię.
Prof. Krzysztof Górski opracował rewolucyjną metodę formatowania liczbowego i analizy danych astronomicznych z przeglądów całego nieba – HEALPix (Hierarchical Equal Area isoLatitude Pixelization of the Sphere). Jest to wszechstronne, innowacyjne narzędzie do konstrukcji, wizualizacji i analizy map sygnałów astronomicznych rozłożonych na całej sferze niebieskiej, w szczególności mikrofalowej emisji promieniowania tła. Jest ono bardzo często wykorzystywane przez misje kosmiczne i projekty prowadzone z Ziemi. Z algorytmu tego korzystano w wielkoskalowych przeglądach całego nieba, takich jak WMAP, Planck, Fermi LAT, czy Gaia. Badacz stał się ekspertem w dziedzinie matematycznej konstrukcji i analizy map nieba. Artykuł opisujący ten algorytm był cytowany już 3,1 tys. razy, a oparta na nim biblioteka oprogramowania została pobrana przez ok. 60 tys. użytkowników na całym świecie.
Kosmiczne doświadczenie
Największym naukowym przedsięwzięciem umożliwiającym badanie mikrofalowego promieniowania tła była misja Planck zrealizowana przez Europejską Agencję Kosmiczną, przy udziale NASA. Satelita został wystrzelony w 2009, a w roku 2013 zakończył misję po stworzeniu bezprecedensowo bogatego zbioru danych pomiarowych rozkładu mikrofalowej emisji na całym niebie w dziewięciu pasmach częstotliwości. W kolejnych latach dane te wraz z ich naukową interpretacją upubliczniono jako wyniki misji Planck. A te były olśniewające.
Na podstawie pomiarów dokonanych przez satelitę naukowcy zespołu Planck skonstruowali najbardziej precyzyjne mapy kosmicznego promieniowania tła dochodzącego do nas z epoki około 380 tys. lat po Wielkim Wybuchu. Dzięki temu naukowcy mogą prowadzić niezwykle dokładne badania 13,8 miliardów lat historii Wszechświata po Wielkim Wybuchu.
Prof. Górski był jednym z kluczowych członków amerykańskiego zespołu misji Planck, zaangażowany we wszystkie stadia analizy danych CMB zebranych przez satelitę. Kierował grupą odpowiedzialną za opracowywanie algorytmów stosowanych w procesie wyodrębniania wyników naukowych misji. Wniósł znaczący wkład w proces eliminacji tzw. zanieczyszczeń sygnałów pochodzących z wczesnego Wszechświata przez m.in. mikrofalową emisję naszej Galaktyki – co umożliwiło skonstruowanie bezprecedensowo dokładnego obrazu początkowej epoki w ewolucji Wszechświata. W ramach naukowego programu misji Planck kierował m.in. badaniami globalnej geometrii i topologii Wszechświata, precyzyjnej statystyki anizotropii (czyli zależności od kierunku obserwacji) kosmicznego promieniowania tła, oraz analizą anomalnych aspektów jego obserwowanego rozkładu przestrzennego. Poprzez stale członkostwo w Planck Editorial Board, prof. Górski wspomagał przygotowanie do publikacji wszystkich, ponad 160 recenzowanych artykułów zawierających podsumowanie kosmologicznych i astrofizycznych wyników misji Planck.
Ciekłe kryształy i ich zastosowanie
Prof. Ewa Górecka z Wydziału Chemii została laureatką Nagrody FNP w obszarze nauk chemicznych i o materiałach za otrzymanie materiałów ciekłokrystalicznych o strukturze chiralnej zbudowanych z niechiralnych molekuł.
Wykorzystywane szeroko we współczesnej technologii ciekłe kryształy stanowią fazę pośrednią między cieczą a kryształem – podstawowymi stanami skupienia materii. Posiadają charakterystyczną dla cieczy zdolność płynięcia, jak również molekuły tworzą uporządkowane struktury, charakterystyczne dla kryształów.
Prof. Ewa Górecka prowadziła badania optyczne i strukturalne nowych materiałów ciekłokrystalicznych. Z czasem w pracy naukowej skupiła się na badaniu nietypowych ciekłych kryształów, np. zbudowanych z nanocząstek metalu lub molekuł o silnie wygiętym kształcie rdzenia. Jej dokonania w tej dziedzinie otworzyły nowy obszar badań podstawowych, które mogą mieć zastosowanie technologiczne.
W ostatnich latach prof. Górecka badała, w jaki sposób niechiralne (o wysokiej symetrii) molekuły tworzą chiralne – niskosymetryczne struktury przestrzenne.
W otaczającym nas świecie większość obiektów jest identyczna ze swoim odbiciem lustrzanym – jest achiralna. Chiralność to cecha obiektów, których lustrzane odbicia nie mogą być nałożone na siebie. Jest ona charakterystyczna zarówno dla makroświata, jak i mikroświata, ale przede wszystkim chiralna jest większość molekuł o znaczeniu biologicznym: aminokwasów, białek, cukrów. Cecha ta ma ogromne znaczenie np. przy projektowaniu leków, bo nierzadko cząsteczki będące lustrzanymi odbiciami, mimo identycznej budowy chemicznej, mają zupełnie inne właściwości.
W sposób naturalny chiralne molekuły tworzą chiralne struktury przestrzenne, czego przykładem są helisy białek czy DNA – zjawisko to nazywane jest transferem chiralności. Intrygujące jest to, że również molekuły achiralne mogą tworzyć chiralne struktury, spontanicznie łamiąc symetrię lustrzaną. Do niedawna jednak uważano, że struktury takie można otrzymać tylko w stanie krystalicznym, w którym molekuły silnie oddziałują. Dzięki pracom prof. Ewy Góreckiej wiemy, że również mniej zorganizowana materia, jaką są ciekłe kryształy, może tworzyć struktury chiralne zbudowane z molekuł achiralnych. Badania prof. Góreckiej wykazały, że strukturalna chiralność pojawia się w niektórych fazach ciekłokrystalicznych zbudowanych z achiralnych cząsteczek o wygiętym kształcie.
Na razie to pionierskie badania podstawowe, ale ich wyniki w przyszłości mogą być zastosowane do stworzenia materiałów ciekłokrystalicznych nowej generacji. Otwierają perspektywy zastosowań w zakresie nowatorskich materiałów optycznych oraz urządzeń przechowujących informacje. Odkrycia te wnoszą też wkład w dyskusję na temat początków biologicznej chiralności życia na Ziemi.