PAR FIZIKAS PĒTĪJUMIEM LATVIJĀ*

Īsa vēsture

Fizika Latvijā sāka attīstīties kā viena no 1919. gadā dibinātās Latvijas Universitātes Matemātikas un dabaszinātņu fakultātes aktivitātēm. Fakultātes paspārnē tika izveidots Fizikas institūts ar mācību laboratorijām, kuru galvenais uzdevums bija nodrošināt studijas fizikā. Daži fakultātes jaunie pasniedzēji izstrādāja savus doktora darbus ārzemēs, tā gūstot starptautisku pētniecības pieredzi, kas vēlāk tika izmantota Latvijā. Patstāvīga ar fizikas apmācību un pētniecību saistīta struktūra - Fizikas un matemātikas fakultāte (FMF) - Latvijas Universitātē izveidojās 1940. gada vasarā. 1946. gadā tika dibināts Latvijas PSR Zinātņu akadēmijas Fizikas institūts (FI), kura sastāvā no 1961. gada līdz 1998. gadam darbojās arī Salaspils Atomreaktors; 1963. gadā dibināts Zinātņu akadēmijas Polimēru mehānikas institūts (PMI).

Pētniecība fizikā aktīvi attīstījās arī Latvijas Universitātes 60. gados dibinātajās problēmu laboratorijās; uz to pamata 1978. gadā tika izveidots Latvijas Universitātes Cietvielu fizikas institūts, 1988. gadā - Ķīmiskās fizikas institūts, 1994. gadā - Atomfizikas un spektroskopijas institūts (ASI), 2005. gadā - Lāzeru centrs. 1997. gadā LU sastāvā iekļāvās arī FI un PMI (pašlaik - LU Materiālu mehānikas institūts). Šobrīd pētījumi fizikā tiek veikti arī Rīgas Tehniskajā universitātē (RTU Tehniskās fizikas institūtā un Biomedicīnas inženierzinātņu un nanotehnoloģiju institūtā) un Daugavpils Universitātē (DU), kā arī divos valsts zinātniskajos institūtos - Fizikālās enerģētikas institūtā (FEI) un Elektronikas un datorzinātņu institūtā (EDI). Pēc aptuvenām aplēsēm, Latvijā pašlaik strādā ap 300 aktīvi zinātnē iesaistīti fiziķi.

Pētniecības virzieni

Šobrīd aktīvākie fizikas pētniecības virzieni Latvijā ir cietvielu fizika, magnetohidrodinamika, optika un spektroskopija, materiālzinātne (t.sk. funkcionālo materiālu un nanomateriālu pētniecība), kā arī uz konkrētiem pielietojumiem industrijā un medicīnā orientēti pētījumi (t.s. lietišķā fizika). Sasniegti daudzi nozīmīgi rezultāti, kas guvuši arī starptautisku atzinību. Iespējams, visplašāko skanējumu pasaulē guvis 20. gs. nogalē LU Fizikas institūtā sekmīgi realizētais "Rīgas dinamo eksperiments", kurā apliecināta magnētiskā lauka veidošanās ap šķidru metālu spirālveida plūsmām, pirmo reizi pasaulē eksperimentāli apstiprinot Zemes magnētiskā lauka izcelsmes ģeodinamisko hipotēzi. Rīgas MHD dinamo eksperimenta atzīšana pasaulē un Eiropas nozīmes pētniecības centra organizēšana magnetohidrodinamikā (LU Fizikas institūts) bija viens no Latvijas zinātnes 2002. gada nozīmīgākajiem sasniegumiem. Šis unikālais eksperiments akadēmiķa Agra Gailīša vadībā tika gatavots 20 gadus, un mērījumi ar pilnveidotu iekārtu joprojām turpinās.

Latvijas Zinātņu akadēmija katru gadu piešķir Lielo medaļu izcilākajiem Latvijas zinātniekiem, kuru vadītās pētnieku grupas var lepoties ar starptautisku atzinību guvušiem rezultātiem; tā reizēm tiek dēvēta arī par "Latvijas Nobela prēmiju". No fiziķiem pirmais LZA Lielo medaļu 1997. gadā saņēma Edgars Siliņš par jauna zinātniskā virziena un skolas izveidošanu organiskajā cietvielu fizikā. Tam sekoja 1999. gada Lielā medaļa Oļģertam Lielausim par būtisku ieguldījumu magnētiskās hidrodinamikas attīstībā un šķidra metāla tehnoloģiju izstrādē. 2005. gadā medaļu saņēma Elmārs Blūms par magnētisko šķidrumu fizikas zinātniskā virziena iedibināšanu un attīstīšanu Latvijā, bet 2008. gadā Vitauts Tamužs par materiālmehānikas zinātniskās skolas izveidi Latvijā. 2008. gadā LZA medaļa tika piešķirta Mārcim Auziņām par izcilu ieguldījumu koherento procesu izpētē atomu un molekulu fizikā, bet 2015. gadā medaļu saņēma Andris Šternbergs par devumu jaunu funkcionālo materiālu un nanotehnoloģiju attīstīšanā.

Pārskatot LZA ekspertu atzītos nozīmīgākos valsts zinātnes sasniegumus, pieminami arī citi izcili Latvijas fiziķu pētījumu rezultāti. 2003. -2004. gadā atklātas divas jaunas fizikālas parādības - "negatīvas" viskozitātes efekts vāji vadošu dielektrisku daļiņu suspensijās (LU FMF) un termomagnētiskā osmoze (LU FI). Cietvielu fizikas jomā izceļami vairāki LU CFI fiziķu sasniegumi:

• Identificēts jauns lāzerstarojuma radīto defektu veidošanās mehānisms stiklveida silīcija dioksīdā; pierādīts, ka elektronu lokalizāciju stiklveida silīcija dioksīdā nosaka struktūras nesakārtotība, ko var izmantot elektroniskās atmiņas ierīcēs; sintezēti un izpētīti oriģinālas struktūras organiskie stikli lietojumam fotonikas ierīcēs.
• Izstrādāta jauna, ietilpīgāka optiskās atmiņas ierīce, kas sastāv no vairāku volframātu plānām kārtiņām; izpētītas stroncija titanāta virsmu īpašības, kas dod iespēju būtiski uzlabot informācijas apstrādes ierīču darbību; pirmo reizi modelēta kvantu interference no oglekļa nanocaurulītēm kā jauna perspektīva kvantu informācijas apstrādes ierīce; konstruēti neorganisko vien- un daudzsienu nanocauruļu modeļi un aprēķinātas to īpašības.
• Izstrādāta jauna modelēšanas metodika rentgenabsorbcijas spektru analīzei, kas ļauj korekti rekonstruēt vielas atomu struktūru; izstrādāta un pielietota jauna evolucionāro algoritmu metode kristālisku un nanokristālisku materiālu lokālās strukturālās un termiskās nesakārtotības pētījumiem, izmantojot rentgenstaru absorbcijas spektru analīzi.
• Izstrādāta jauna metode litija dzelzs fosfāta plāno slāņu pārklājumu iegūšanai baterijām un akumulatoriem portatīvajās elektroierīcēs un mikroelektronikā, kā arī jauna magnetrona izsmidzināšanas tehnoloģija un izveidota daudzfunkcionāla iekārta caurspīdīgu vadošu pārklājumu iegūšanai; izpētīts pretestības pārslēgšanas mehānisms funkcionālos materiālos, paverot iespējas terabitu atmiņas izgatavošanai; atklāta un izpētīta augsta spiediena fāžu pāreja izolators-metāls alvas volframātā.
• Izstrādāta tehnoloģija bioūdeņraža iegūšanai no tautsaimniecības organiskiem atlikumiem un tā uzkrāšanai metālhidrīdos tālākai izmantošanai.

Ir atzīmējami arī vairāki ievērības cienīgi LU FMF fiziķu sasniegtie rezultāti:

• Veikti fundamentāli kvantu fizikas pētījumi par optiski polarizētiem atomiem; izmantojot kvantu efektus, paaugstināta magnetometrijas jutība virs klasiskās fizikas atļautās robežas; izstrādātas jaunas metodes nelineāro optomagnētisko rezonanšu izmantošanai vāju magnētisko lauku mērīšanai.
• Izstrādāts lokanu feromagnētisku stīgu matemātiskais modelis, pirmo reizi sintezēti to eksperimentālie paraugi un apstiprināta virkne teorētiski paredzēto likumsakarību.
• Izstrādāta jauna metode kvantu algoritmu izveidei un kvantu sūkņu teorija pielietojumiem nanoelektronikā, ko izmanto Eiropas galvenajās metroloģijas laboratorijās; pirmo reizi demonstrēta elektronu pāru skaldīšana nanoelektroniskajā "kvantu paātrinātājā".
• Piedāvāta un izstrādāta jauna iespēja precizēt astronomisko objektu sastāvu un hronoloģiju.

LU ASI ir izstrādāti jauni optiskie paņēmieni ādas un asinsvadu saslimstību diagnostikai un radītas ierīces ādas patoloģiju (t.sk. melanomas) bezkontakta novērtēšanai. RTU fiziķi izstrādājuši jaunus organiskos materiālus virsmas reljefa hologrammu tiešam ierakstam spektra sarkanajā daļā un superelastīga sensora prototipu plaša diapazona spiediena un triecienu detektēšanai. DU fiziķi savukārt atklājuši, ka halkogenīdu pārklājumus nanotehnoloģijai un nanoelektronikai ir iespējams kristalizēt ar elektronu kūļa palīdzību, kas pielietojams elektronu litogrāfijā.

Latvijas fiziķi aktīvi piedalās Eiropas Komisijas ietvarprogrammu projektu konkursos un guvuši tur atzīstamus rezultātus. Pagaidām nozīmīgākais sasniegums ir Latvijā vērienīgākais (> 30 M€) zinātnes projekts "CAMART²" (The Excellence Centre of Advanced Material Research and Technology Transfer; latviskajā nosaukumā "Moderno materiālu pētniecības un tehnoloģiju pārneses centrs"), ko spēcīgā konkurencē izcīnījis LU CFI. Projekta mērķis ir stiprināt Institūta un vienlaikus Latvijas valsts pozīciju Eiropas zinātniskajā telpā, kļūstot par Eiropas līmeņa reģionālo centru materiālzinātnes un tehnoloģiju pārneses jomā.

Mārcis Auziņš, Dr. habil. phys., LU profesors, akadēmiķis
Jānis Spīgulis, Dr. habil. phys., LU profesors, akadēmiķis

* Pilnu tekstu lasiet Pasaules latviešu zinātnieku IV kongresam veltītajā žurnāla "Enerģija un Pasaule" speciālizlaidumā. Galvenais redaktors Ojārs Spārītis, atbildīgais redaktors Namejs Zeltiņš.  Fragmentu publicēšana saskaņota ar apgāda "Zinātne" vadītāju Ingrīdu  Segliņu.