Český student v srdci světové vědy: Jiří Jalůvka o své stáži v CERNu

Jiří Jalůvka, student magisterského programu Space Applications, král Brněnského Majálesu 2024 a známá tvář z působení v týmu YSPACE, v současnosti absolvuje prestižní roční stáž v CERNu (Evropská organizace pro jaderný výzkum) v rámci programu Technical Student Internship. Během svého pobytu zde zároveň pracuje na své diplomové práci. V následujícím rozhovoru, který jsme s Jiřím vedli online, přibližuje svou práci, výzkumné projekty a jedinečné zážitky z tohoto světoznámého výzkumného centra.

Co vás motivovalo k práci v CERNu a jak jste se dostal od vesmírného inženýrství k jaderné fyzice?

Od začátku studia na univerzitě mě nejvíce bavily předměty, které měly hluboké kořeny ve fyzice. Nikdy mi nestačilo jen dosazovat čísla do vzorců, vždy jsem chtěl pochopit principy, které za nimi stojí. Rád jsem se nořil hlouběji a dostával se k podstatě věcí.

Proto jsem se často ptal sám sebe, jestli jsem neměl místo inženýrství studovat fyziku. Pak se mi ale naskytla příležitost pracovat na bakalářské práci s týmem akademiků, kteří v té době vyvíjeli vlastní vesmírný satelit. Tato zkušenost mě přivedla k vesmírnému inženýrství, kde jsem nakonec pracoval na skutečných projektech pro Evropskou vesmírnou agenturu (ESA).

Na této práci jsem nejvíce miloval to, že všechno, na čem jsem pracoval nebo co jsem počítal, bylo něco, co nikdo předtím nedělal – vždy to byla nová výzva, a to mi přišlo neuvěřitelně vzrušující. Takže když se naskytla příležitost absolvovat stáž v CERNu, neváhal jsem ani vteřinu. Věděl jsem, že je to přesně to, co mě baví, a dokonce ještě více orientované na fyziku než cokoli, co jsem dělal předtím.

Jiří Jalůvka v CERN. | Autor: Archiv J. Jalůvky

Mnoha lidem by se mohlo zdát, že přechod od vesmírného inženýrství k jaderné fyzice je neobvyklý skok. Ale z mého pohledu je to docela přirozené. Zabývám se zářením, vakuem a extrémními teplotními rozsahy – takže v mnoha ohledech řeším stejné druhy problémů. Jen se tentokrát neodehrávají na oběžné dráze, ale v urychlovači ve Švýcarsku.

Na čem v CERNu pracujete a jaký je váš výzkumný projekt?

V CERNu momentálně působím v týmu VITO na zařízení ISOLDE pod vedením profesorky Magdaleny Kowalské a Dr. Amy Sparks. Mým hlavním úkolem je kompletní návrh experimentu založeného na β-detekované jaderné magnetické rezonanci (β-NMR).

Jedná se o vysoce specializovanou techniku využívající nestabilní jádra, která je známá svou extrémní citlivostí. Ačkoliv se běžně používá v jaderné fyzice, lze ji také využít ke studiu a charakterizaci materiálů – s takovou citlivostí a prostorovým rozlišením, jakého je obtížné dosáhnout jinými metodami.

Přesně tomu se náš projekt věnuje. Úzce spolupracujeme s týmem z Univerzity v Oxfordu, který se zabývá vývojem materiálů pro all-solid-state baterie, a právě tyto baterie pomocí β-NMR zkoumáme. Mají obrovský potenciál pro budoucnost energetické infrastruktury, ale zároveň čelí zásadním výzvám, které brání jejich rozsáhlejšímu nasazení. Naše výzkumná práce se snaží tyto problémy lépe pochopit – a to analýzou jednotlivých vrstev těchto materiálů s velmi vysokým rozlišením.

Můžete nám přiblížit, jak vlastně funguje metoda β-NMR?

Na rozdíl od tradiční magnetické rezonance, kterou můžete znát třeba z nemocničního MRI nebo-li Magnetic Resonance Imaging, kde signál pochází z atomových jader už přítomných ve vzorku nebo těle pacienta, naše metoda spočívá ve vysílání svazku polarizovaných radioaktivních jader do magnetického pole. Tato jádra jsou velmi nestabilní a často se rozpadají během několika milisekund. Při rozpadu emitují beta záření, které detekujeme pomocí speciálních detektorů – právě to tvoří náš NMR signál.

Zjednodušeně řečeno, analyzujeme směr tohoto beta záření, abychom zjistili, co se děje uvnitř – konkrétně na rozhraních mezi různými vrstvami materiálu baterie. Naši spolupracovníci v Oxfordu poté využijí tato data (například k určení rychlosti pohybu lithia v materiálu baterie), aby mohli dále vylepšovat bateriové materiály nové generace a přiblížili tak all-solid-state baterie reálnému praktickému využití.

Jaké je složení vašeho výzkumného týmu? Je to skutečně mezinárodní prostředí?

Působím ve výzkumné skupině VITO (Versatile Ion-polarized Techniques Online) na zařízení ISOLDE v CERNu. Jde o mezinárodní a multidisciplinární tým, který využívá polarizované radioaktivní svazky ke zkoumání širokého spektra jevů – od testovaní hypotéz v jaderné a teoretické fyzice přes vývoj pokročilých materiálů až po biologii a medicínu.

V samotném týmu VITO nás je zhruba deset, a jsme opravdu mezinárodní skupina. Máme členy z Polska, Velké Británie, Francie, Ruska, Indie, Itálie, Rakouska, Německa – a samozřejmě z Česka. Ve větší komunitě experimentálních fyziků na ISOLDE je nás ještě víc, odhadem kolem 40 až 50 lidí, a tam už se opravdu potkávají národnosti z celého světa.

Já osobně mám to štěstí, že sdílím kancelář s kolegyněmi z Británie a Itálie, a nemohu si to vynachválit. Jsou skvělé, přátelské a ochotné, a díky nim je každodenní práce mnohem příjemnější.

Jak vnímáte práci a život v CERNu? Co děláte ve volném čase?

Práce v CERNu je úžasná z několika důvodů. Především máte možnost denně interagovat se špičkovými vědci, což vám umožňuje neuvěřitelně rychle růst, získávat praktické zkušenosti a dostávat rady od skutečných průkopníků v oboru. Ale nejde jen o vědu, je tu také bohatý společenský život.

CERN je plný chytrých mladých lidí z celého světa a existuje zde nekonečné množství klubů a aktivit, ke kterým se můžete připojit, ať už vás zajímá sport, umění nebo věda. Další skvělou věcí je poloha CERNu. Ženeva je krásné město, a ať už se vám líbí architektura, čokoláda nebo hory, každý si tu něco najde.

Osobně miluji hory a téměř každý víkend trávím buď lyžováním, nebo pěší turistikou. A upřímně, není nic lepšího pro vyčištění hlavy než sbalit si o víkendu batoh a vyrazit na procházku kolem Mont Blancu.

Jiří Jalůvka. | Autor: Archiv J. Jalůvky

Setkal jste se během pobytu v CERNu s nějakou vědeckou kapacitou? Máte nějaký nezapomenutelný zážitek?

Asi nejpamátnější moment byl, když mě málem přejel nositel Nobelovy ceny – konkrétně Samuel Ting, laureát za objev J/ψ částice. Přecházel jsem silnici ve francouzské části areálu CERNu, klasicky zamyšlený, když tu najednou... brzdící auto a za volantem světoznámý fyzik. Naštěstí všechno dobře dopadlo, ale nemůžu si pomoct – málo kdo se může pochlubit, že měl tak blízko k nositeli Nobelovky... doslova! 😄

Co vás během stáže nejvíce inspirovalo a posunulo ve vašem odborném směřování?

To se vážně těžko vybírá – CERN je extrémně inspirativní prostředí, kde se každý den dozvíte něco nového. Jedním z momentů, které na mě silně zapůsobily, byl seminář Jasona Holta z kanadské laboratoře TRIUMF. Jako experimentální fyzici máme každý týden společné meetingy a následné semináře – ať už prezentujeme my, nebo kolegové z jiných institucí. A právě Jason mě zaujal nejen obsahem své přednášky, ale i celkovým přesahem svého výzkumu.

Zabývá se jadernou strukturou a interakcemi mezi nukleony, ale zároveň se nebojí přesahu do astrofyziky, temné hmoty, a dokonce i neutronových hvězd. Fascinovalo mě, jak může vlastnost jediného jádra souviset s fungováním celého vesmíru. Je neuvěřitelné, že někdo dokáže propojit kvantové detaily jednoho izotopu s otázkami o původu hmoty nebo existenci temné energie. Ale asi právě od toho jsou teoretičtí fyzici.

Mimochodem – měl jsem s Jasonem možnost posedět i u oběda a dát si společně kávu. A musím říct, že je to nesmírně milý, zapálený a skromný člověk, který umí své nadšení krásně přenést i na ostatní.

S jakými výzvami jste se během své stáže v CERNu setkal?

Jako inženýr byla pro mě jednou z největších výzev adaptace na způsob, jakým fyzici přistupují k problémům. Na začátku jsem byl v našem týmu jediný inženýr, což znamenalo, že jsem cítil silnou odpovědnost za to, aby návrh byl funkční a spolehlivý. Zpočátku jsem někdy měl dojem, že fyzici nemají úplně jasnou představu o tom, co chtějí – ale zároveň by nebyli spokojeni, dokud by to neviděli uděláno přesně správně.

Ale to je také to, co dělá vědu fascinující: je to vyvíjející se proces, plný zkoumání a zdokonalování. Naštěstí jsem měl příležitost pracovat s úžasným týmem chytrých, laskavých a otevřených lidí. Rychle jsme našli společný jazyk a naše spolupráce byla jak produktivní, tak obohacující.

Další výzvou bylo plné pochopení fyziky, která stojí za naším projektem. Jsem člověk, který potřebuje cítit spojení s hlubší motivací své práce, takže jsem strávil mnoho večerů studiem témat jako beta asymetrie, jaderná spinová polarizace a další klíčové koncepty nezbytné pro náš experiment. Pomohlo mi to nejen zlepšit kvalitu mých příspěvků, ale také činit dobře informovaná, kritická rozhodnutí jak ve fázi návrhu, tak ve fázi výpočtů.

Jaké vzdělávací aktivity v CERNu navštěvujete a co vám přinášejí?

V CERNu se pravidelně koná celá řada přednášek od fyziků, inženýrů a výzkumníků z celého světa. Velmi často tu přednáší i odborníci z kosmických agentur jako NASA, ESA nebo JAXA, což je pro mě jako „space inženýra" samozřejmě mimořádně atraktivní.

Témata se pohybují od nejnovějších výsledků v částicové fyzice přes kvantové simulace až po konstrukční výzvy při stavbě experimentální techniky. Co ale považuji za nejcennější, je ta otevřenost a sdílení know-how napříč obory – člověk se tu vždy dozví něco nového nejen o fyzice, ale třeba i o metodách chlazení detektorů, datové analytice nebo přesné mechanice.

Navíc většina přednášek je otevřená a často se po nich rozvine živá diskuze. Je skvělé vidět, jak tu teoretici, experimentátoři i inženýři sedí u jednoho stolu a vzájemně si rozšiřují obzory. Tenhle přístup bych si přál vídat i jinde.

Vidíte potenciál pro navázání další spolupráce po skončení stáže?

Během svého pobytu zde jsem měl možnost poznat neuvěřitelné množství inspirativních a zajímavých lidí – a věřím, že s mnohými z nich zůstanu v kontaktu ještě dlouho.

Pokud jde o konkrétní spolupráci do budoucna, zatím těžko říct, protože stále ještě nevím, jakým směrem se má cesta bude ubírat. Kdybych se rozhodl zůstat déle přímo zde, určitě by se našly příležitosti, jak spolupráci s lidmi z ISOLDE naplno rozvinout. A pokud bych se třeba časem vrátil zpátky do kosmického průmyslu, zatím si úplně nedovedu představit, jak by se to mohlo propojit – ale kdo ví. Věda je plná nečekaných cest a překvapivých spojení.

Jakou radu byste dal potenciálním uchazečům o stáž v CERNu?

Hlavní rada, kterou bych dal, je nebát se. Znovu a znovu jsem se přesvědčil, že nejlepší přístup je prostě se do toho vrhnout po hlavě. I když se věci na začátku mohou zdát náročné, na konci toho nebudete litovat. Jsou to přesně ty druhy zkušeností, které vám pomáhají růst, jak profesně, tak osobně.

Jak je stáž financována a jak náročný byl výběrový proces?

Ano, stáž je plně financována CERNem, včetně měsíčního stipendia, které pokrývá životní náklady během pobytu, a jehož výše je veřejně dostupná.

Abych mohl odpovědět přesně ohledně výběrového řízení, obrátil jsem se přímo na HR oddělení CERNu. Na letošní kolo stáží se celkem přihlásilo přes 4000 studentů, z toho 650 bylo z mého oboru – tedy převážně strojního inženýrství. Z těchto více než čtyř tisíc uchazečů bylo nakonec vybráno 43 studentů, z nichž jen 7 bylo strojních inženýrů. A já jsem měl tu čest být jediný vybraný Čech.

-----

Jirku vyzpovídali také na CERNu. Rozhovor si můžete přečíst zde: Meet Jirka, a space engineer currently working for ISOLDE within the VITO team