Pradžia – Caltech
Pasadenoje, visai šalia Los Andželo, esantis Kalifornijos Technologijos Institutas (California Institute of Technology, sutrumpintai Caltech) beveik nuo pat savo įkūrimo buvo vienas iš tiksliųjų mokslų centrų ne tik JAV, bet ir visame pasaulyje. Įkurta kaip profesinė mokykla 1891-aisias, tuo metu, kai pačiame Los Andžele gyveno tiek pat žmonių, kiek šiuo metu Alytuje, ši mokslo institucija labai greitai sulaukė pripažinimo. Daugiausiai, žinoma, dėl iškilių mokslininkų, kurie čia dirbo. Pirmasis Caltech’o milžinas buvo Robertas Millikanas, su kurio moksliniais tyrimais pirmą kartą susitinkame dar mokyklos suole, kai mokomės apie garsųjį Milikeno lašelių metodą išmatuoti elektrono krūviui. Jis vadovavo universitetui net 24 metus (1921-1945).
Kitas Caltech milžinas, kuriuo žavisi bene kiekvienas, studijuojantis fiziką – Richardas Feynmanas, čia dirbęs nuo 1950-ųjų iki pat savo mirties 1988-aisias. Feynmanas buvo fizikas teoretikas. Jis pasiekė svarbių rezultatų daugybėje fizikos sričių, tokių kaip kvantinė elektrodinamika ir silpnosios sąveikos teorija. Būtent jis buvo vienas iš nanotechnologijos ir kvantinių kompiuterių pionierių, numačiusių šių disciplinų atsiradimą. Bet Feynmanas buvo ir nepralenkiamas pedagogas. Žymiosios „Feynmano fizikos paskaitos” yra nuostabi ir labai nestandartinė fizikos knyga, kuriame apie šį mokslą pasakojama populiariai, bet su labai giliomis įžvalgomis. Turbūt ne vienas fizikos studentas, kaip ir šio straipsniuko autorius, būtent iš „Feynmano paskaitų” sužinojo apie kvantinę fiziką.
Be šių dviejų garsių mokslininkų, Caltech dirbo arba studijavo dar 29 Nobelio premijos laureatai. Jau amžiaus viduryje Caltech galima užčiuopti ir šiek tiek lietuviškų pėdsakų. 1947-1949-aisias čia aeronautiką studijavo iš litvakų šeimos kilęs B. Mandelbrotas, gražiojo fraktalo autorius.
1980-aisias, studijuodamas ketvirtajame fizikos kurse, garsiojo Feynmano paskaitų klausėsi ir vienas jaunas studentas lietuvis Jonas Žmuidzinas. Gimęs Pasadenoje ir užaugęs Los Andžele, mokyklos laikais jis dažnai lankydavosi Caltech. Jo tėtis, Jonas Stasys Žmuidzinas, fizikas teoretikas kaip ir pats Feynmanas, 1964-aisias Caltech apgynė daktaro disertaciją ir dirbo netoli Pasadenos esančiame dideliame NASA moksliniame institute - Reaktyvinio Judėjimo Laboratorijoje (angliškai Jet Propulsion Lab, sutrumpintai JPL).
Studijuoti fiziką sunku bet kuriame universitete, o Caltech, kur susirenka patys geriausi – ypatingai. Tad Jonas jautėsi šiek tiek pervargęs nuo didelio studijų krūvio. Tačiau Feynmano bendrosios reliatyvumo teorijos paskaitos jį vėl uždegė meile šiam mokslui. Jonas mena, kad Feynmanas dėstė taip, kad studentai norėdami nenorėdami turėjo būti aktyvūs paskaitų dalyviai. Žymusis profesorius dažnai užrašydavęs vieną matematinę lygtį, po to kitą, ir pasakydavęs: “O kaip gauti vieną iš kitos jūs turite parodyti patys savarankiškai”. Jonas mena daugybę kartų, kai grįždavo namo nekantraudamas prisėsti prie Feynmano užduoties.
Ir štai dabar tuometinis Feynmano studentas Jonas Žmuidzinas yra to paties Caltech fizikos profesorius. Dabar jau jam pačiam dažnai tenka skaityti paskaitas auditorijoje, kurioje klausė bendrosios reliatyvumo teorijos kurso. O kai paskaitos tema yra elektrono krūvio nustatymas lašelių metodu, pagal seną Caltech tradiciją prof. J. Žmuidzinas demonstracijai naudoja originalų Millikano sukonstruotą prietaisą.
Susitikome su prof. J. Žmuidzinu saulėtoje Pasadenoje. Buvo labai smagu ir šiek tiek neįtikėtina, kad taip toli nuo Lietuvos, prie Ramiojo Vandenyno, galima surasti čia gimusį ir užaugusį žmogų, su kuriuo apie mokslą galima kalbėti lietuviškai! Prof. Žmuidzinas Lietuvoje lankėsi du kartus, antrąkart 2012-ųjų lapkritį (apie tai DELFI jau rašė), bet jo lietuvių kalba kuo puikiausia. Didelę įtaką tam turėjo tėtis, kuris, būdamas didelis Lietuvos patriotas, skatino vaikus namie tarpusavy kalbėtis tik lietuviškai. Net Jono mama, prancūzakalbė kanadietė, išmoko savo vyro gimtąją kalbą. Jono žmona Vilija taip pat lietuvė, šeštadieninę Los Andželo lietuvių mokyklą lankė vyresnioji dukra, dabar studentė Niujoke, ir iki šiol tebelanko jaunesnioji.
Mokslinis kelias
Pasekime prof. J. Žmuidzino mokslinį kelią. Tiems, kas nėra tiesiogiai susiję su akademiniu pasauliu, tai bus puiki daug pasiekusių mokslininkų profesinio kelio iliustracija. O tiems, kam moksliniai tyrinėjimai yra kasdienybė, tebūna ši sėkmės istorija įkvėpimo šaltinis.
Jau pirmajam bakalauro studijų kursui pasibaigus Jonas susirado darbą Caltech Kosminės Radiacijos Laboratorijoje. Jono užduotis buvo padėti sukalibruoti elektroninį spektrometrą, naudojamą garsiosiose Voyager kosminėse stotyse. Šios dvi stotys buvo paleistos aštuntojo dešimtmečio pabaigoje. Jų tikslas pirmiausia buvo tirti Jupiterį ir Saturną, o šias planetas praskridus judėti link saulės sistemos pakraščio. Šiuo metu, 2013-ųjų pradžioje, abidvi Voyager stotys, gaunančios energiją iš mažų branduolinių reaktorių, tęsia savo kelionę. Voyager I yra toliausiai nuo mūsų esantis žmonių sukurtas objektas, nutolęs nuo Saulės 120 kartų tiek, kiek Žemė. Manoma, kad ši stotis per artimiausius metus pasieks tarpžvaigdinę erdvę, kur Saulės elektromagnetinio lauko ir Saulės vėjo (elektronų ir protonų srauto) stipris susilygina su visų kitų žvaigždžių generuojamo elektromagnetinio lauko ir įelektrintų dalelių srauto stipriu. Nuostabu kad būtent tokiomis sąlygomis elektroninis spektrometras, ties kuriuo būdamas studentas dirbo Jonas Žmuidzinas, gali pagaliau atlikti naudingus matavimus. Nors Jonas dabar tiesiogiai nesusijęs su Voyager misijos siunčiamų duomenų apdorojimu, jis be abejo seka visas naujienas. Turbūt yra nepaprastas jausmas patirti, kad daugiau nei prieš trisdešimt metų studijų laikais atlikti moksliniai tyrimai galų gale yra naudingi! Beje, abidvi Voyager stotys skraidina žymiąsias auksines plokšteles su informacija apie Žemę, kai kuriais moksliniais duomenimis, mūsų planetos vaizdais, gamtos garsų, liaudies ir klasikinės muzikos pavyzdžiais, o taip pat sveikinimais plokšteles suradusiems esamiems ar būsimiems tolimųjų pasaulių gyventojams.
Baigęs bakalauro studijas Jonas Žmuidzinas įstojo į doktorantūros programą Kalifornijos Universitete Berklyje (University of California Berkeley), visai netoli San Francisko. Nepaisant sėkmingo bendro darbo su Caltech astrofizikais, širdis vis viena krypo link teorinės fizikos. Norą būti teoretiku paskatino ne tik tėtis, ilgais vakarais sėdėdavęs palinkęs prie užrašų su fizikos lygtimis, bet dar labiau R. Feynmanas ir jo įkvepiančios paskaitos. Bet Jonas netruko sužinoti, kad Berklyje buvusi labai didelė konkurencija tarp studentų, norėjusių tapti teoretikais, ir todėl buvę labai sunku susirasti tos srities vadovą. Tad doktorantūrai Jonas pasirinko kitą temą – submilimetrinę astronomiją. Šioje ir giminingose srityse prof. J. Žmuidzinas labai sėkmingai darbuojasi iki šiol.
Kas yra submilimetrinė astronomija? Tai astronomijos ir astrofizikos dalis, kurios tikslas yra registruoti ir analizuoti iš kosmoso ateinančią elektromagnetinės spinduliuotės dalį esančią tarp mikrobangų ir tolimosios infraraudonosios spinduliuotės. Dažnai šiam diapazonui naudojamas kitas, terahercinės spinduliuotės vardas. Šis diapazonas ypač tinka studijuoti sąlyginai vėsius molekulinius tarpžvaigždinius debesis ir taip stebėti žvaigždžių ir net galaktikų formavimosi procesą. Vandens garai labai stipriai sugeria šiame diapazone esančią spinduliuotę, ir todėl submilimetrinės astronomijos observatorijoms statyti labiausiai tinka ypač sauso klimato vietos aukštai kalnuose. Dar geresnis sprendimas yra observatorijos viršutiniuose atmosferos sluoksniuose arba kosmoso stotyse.
Jono Žmuidzino doktorantūros tikslas buvo sukonstruoti prietaisus, kurie galėtų fiksuoti submilimetrines bangas naudojant taip vadinamą lazerinį heterodininį spektrometrą. Pirmoji Jono užduotis buvo kartu su kolegomis sumontuoti spektrometrą tirti vienai tam tikrai anglies spektrinei linijai. Jonas daugiausiai dirbo prie instrumento skraidinto NASA Kuiper oro laboratorijoje. Šie tyrimai padėjo tiksliau įvertinti atominio anglies kiekį Visatoje. Pasiekus šį tikslą kitas iššūkis buvo padėti sukurti trumpesnes elektromagenetines bangas matuoti padėsiantį prietaisą, naudajant tą pačią detekcijos metodiką. Šitai taip pat puikiai pavyko. Naudodamas sukonstruotą spektrometrą Jonas su kolegomis gavo labai vertingų rezultatų apie jonizuotos anglies atomų savybes tarpžvaigždiniuose debesyse. Doktorantūra Berklyje buvo labai vaisinga ir dėl puikių mokslinių pasiekimų, ir dėl daugybės naujų įgytų žinių ir įgūdžių.
Berklio metus Jonas prisimena kaip vienus iš gražiausių savo gyvenime. Jis aktyviai dalyvavo San Francisko lietuvių bendruomenės gyvenime. Šios būta mažesnės nei Los Andželo bendruomenės, ir turbūt dėl to labiau vieningos ir draugiškos. Būtent Berklio metais Jonas susipažino su lietuvaite Vilija, kurią vedė 1985-aisiais.
Po labai sėkmingos doktorantūros, 1988-aisias, Jonas buvo pakviestas podoktorantūrinei stažuotei į Ilinojaus Universitetą Urbana-Champaign. Vertinant fizikos mokslinius tyrimus ir studijų kokybę, Ilinojaus universitetas, kaip ir Caltech ar UC Berkeley, yra viena iš dešimties geriausių JAV aukštojo mokslo įstaigų. Jono Žmuidzino darbo tikslas buvo sukonstruoti labai jautrų spektrometrą submilimetrinėms bangos, kaip aktyvų prietaisą naudojant taip vadinamą superlaidžią, arba Josephsono, sandūrą. Ilinojus buvo ideali vieta šiam projektui, nes būtent čia buvo dirbęs ir pats B. Josephsonas. Baltos Ilinojaus žiemos, labai panašios į lietuviškas, buvo labai neįprastos kaliforniečiui Jonui. Bet, kaip jis pats juokauja, toks oras leido nesiblaškyti ir susikoncentruoti darbui.
Darbas Ilinojuje buvo ypač vaisingas. Per neįtikėtinai trumpą laiką – vos dvejus metus – Jonas sėkmingai įgyvendino išsikeltas užduotis. Tad nenuostabu, kad jau 1989-ųjų vasarą sulaukė pasiūlymo tapti nepriklausomu tyrėju ir įkurti savo asmeninę laboratoriją. Pasiūlymas atėjo ne iš kur kitur, o iš paties Caltech. Tad 1990-aisias Jonas grįžo į gimtąją Pasadeną, kur gyvena ir dirba iki šiol.
Dabartis
Grįžus į Caltech Prof. J. Žmuidzino moksliniai tyrimai plėtėsi įvairiomis kryptimis. Rodos, neįtikėtina kad vienas mokslininkas gali tiek daug nuveikti tokiose, rodos, skirtingose mokslo srityse. Kosminių objektų stebėjimas buvo viena svarbi sritis. Pvz., 1997-aisias prof. J. Žmuidzinas su kolegomis paskelbė straipsnį, kuriame analizavo Europos kosminės agentūros (ESA) Infraraudonosios Kosmoso Observatorijos duomenis ir atrado didelius vandenilio fluorido kiekius tarpžvaigždinėje erdvėje.
Superlaidžių milimetrinių, submilimetrinių ir tolimojo infraraudonojo spektro bangų detektorių vystymas, o taip pat jų integravimas į antžemines ir kosmines laboratorijas yra kita plati Jono tyrimų tema. Pvz., prof. Žmuidzinas svariai prisidėjo prie mokslinių įrenginių ESA Heršelio Kosminėje Observatorijoje įrengimo. Prof. Žmuidzino grupė sukūrė detektorius vienam iš trijų pagrindinių šios observatorijos mokslinių prietaisų. 2010-aisias prestižiniame mokslo žurnale Science buvo išspausdintas straipsnis, kuriame buvo paskelbti duomenis apie Heršelio Observatorijos užfiksuotas jaunas, tik besiformuojančios galaktikas. Prof. J. Žmuidzinas dalyvavo net kelių mokslinių prietaisų, naudotų šiam atradimui, kūrime. Planuojama, kad Heršelio Kosminė Observatorija baigs darbą šiais metais, tad dar daug jos atradimų nėra paskelbta.
Kiekvieno mokslininko gyvenime svarbu nesustoti ir judėti į priekį. Net po didžiulės MKID detektorių sėkmės prof. J. Žmuidzinas plėtoja savo mokslinius tyrimus vis įvairesnėmis kryptimis. Viena iš naujų krypčių - šių naujųjų detektorių pritaikymas registruoti hipotetinėms tamsiosios Visatos masės dalelėms. Tai yra itin svarbus šiuolaikinio mokslo klausimas. Kita kryptis – naujo superlaidaus plačiajuosčio striprintuvo sukūrimas, apie ką profesoriaus tyrimų grupė paskelbė 2012-ųjų vasarą žurnale Nature Physics.
Bet taip jau nutinka gyvenime, kad su pripažinimu ateina ir atsakomybė. Prieš keletą metų prof. J. Žmuidzinas buvo paskirtas visos JPL vyriausiuoju technologu. Tai yra itin aukštos ir atsakingos pareigos. Darbas JPL, kur Jonas praleidžia keturias dienas per savaitę, neišvengiamai atima dalį laiko nuo mokslinio darbo Caltech, kam lieka tik viena diena. Bet prof. J. Žmuidzinas, kaip tikras fizikas, jau galvoja apie naujus mokslinius projektus, nes neišvengiamai ateis diena, kai vėl visą savo laiką galės skirti moksliniams tyrimams.
Atsisveikinau su Jonu pavakario saulei rausvai nudažius San Gabrielio kalnus, šiaurinę Pasadenos sieną. Būtent šituose krūmuotuose kalnuose esančioje Wilson kalno (Mount Wilson) observatorijoje žymusis astronomas Edwinas Hubble'as 1929 atliko pirmuosius Visatos plėtimąsi įrodančius stebėjimus. Tai atradimas atvedęs prie Didžiojo Sprogimo hipotezės. Ir kai kitą kartą skaitysime arba išgirsime apie šiuolaikinius, XXI a. Visatos tyrinėjimus, žinokime, kad prie daugelio iš jų labai svariai bus prisidėjęs vienas Kalifornijos lietuvis, dirbantis visai greta tų pačių kalnų, kuriuose buvo padarytas neabejotinai vienas didžiausi šių laikų laikų mokslinių atradimų.
***
Su prof. J. Žmuidzino tematika susijusios mokslo kryptys vystomos ir Lietuvoje. Pasaulinio lygio teraharcinės spinduliuotės detekcijos ir generacijos tyrimai atliekami Fizinių ir Technologijos Mokslų Centro (FTMC) Puslaidininkių Fizikos Institute. Šio instituto Optoelektronikos skyriuje kuriami ir tiriami optoelektroniniai emiteriai, kompaktiški terahercinės spinduliuotės jutikliai ir vaizdinimo matricos. Lietuvos astronomijos mokykla taip pat gerai žinoma. Astronomijos ir astrofizikos moksliniai tyrimai vykdomi Vilniaus Universiteto Teorinės Fizikos ir Astronomijos Institute, Vilniaus Universiteto Astronomijos observatorijoje ir FTMC Fundamentaliųjų mokslų skyriuje.
