מה אתה מקבל כשאתה משלב צוות של מדענים, סילון של גבישים, קרן לייזר ענקית שיורה קרני רנטגן, מתקן סינכרוטרונים ביפן ושעון מתקתק? סרט קצר חדשCrystal Hitters: Beamtime, בעקבות קבוצת מדענים מאוניברסיטת קונטיקט והמעבדה הלאומית של לורנס ברקלי, חושף בדיוק את זה, ומאיר אור על המדענים שמאחורי ניסויים מדעיים, ועל הרגשות האמיתיים שנכנסים לעבודתם.
הצוות נסע למתקן הסינכרוטרונים של Harima Science Garden City כדי להשתמש בלייזר SPring-8 Angstrom Compact Free-Electron LAser (SACLA) X-FEL לייזר - כלי חדשני המשלב את התכונות של קרני רנטגן ולייזרים כדי לייצר אינטנסיבי וממוקד קרני רנטגן - אבל יש מלכוד. הצוות קיבל רק 60 שעות של "זמן קרן" וברגע שהקרן נדלקת אין דרך חזרה.
במהלך הניסוי בן חמשת הימים, אנו עוקבים אחר הצוות כשהם מנסים להציב סילוני גבישים נוזליים לתוך קרן רנטגן שנוצרה על ידי אלקטרונים הנעים כמעט במהירות האור. בעבודה במשמרות מסביב לשעון של כ-10-12 שעות, הכל חייב להיות מיושר בצורה מושלמת כדי להגיע ליעד שכולם עבדו לקראתו: להיט קריסטל. השימוש בקריסטלים ובקרן בדרך זו היא טכניקה חדשה וחלוצית שפותחה על ידי הצוות וטומנת בחובה הרבה אתגרים, הן נפשית והן פיזית, עבור החוקרים.
כל היבט של הניסוי הזה הוא מאתגר. הכנת הגבישים לתוך האלומה, מבטיחים שאנחנו פוגעים בקריסטלים, מעבדים את הנתונים. לכל חלק יש אתגרים חדשים המשפיעים על כל חלק בצוות בצורה שונה.
ד"ר אהרון ברוסטר
"כל היבט של הניסוי הזה הוא מאתגר. הכנת הגבישים לתוך האלומה, מבטיחים שאנחנו פוגעים בקריסטלים, מעבדים את הנתונים ופותרים את המבנה."ד"ר אהרון ברוסטרמהמעבדה הלאומית של לורנס ברקלי אמר ל-IFLScience.
"לכל חלק יש אתגרים חדשים שמשפיעים על כל חלק בצוות בצורה שונה, אבל אנחנו עובדים יחד והתקדמנו בכולם".
כאשר קרן הרנטגן פוגעת בסילוני הנוזל, זה גורם לעקיפה. עקיפה זו ידועה כפגיעה של גביש. לאחר מכן המערכת מצלמת סדרה מהירה של צילומים, עד 30 בשנייה, של מבנה הגביש. עם זאת, לא כל הנתונים שימושיים, מכיוון שלפעמים ייתכן שלא תהיה פגיעה של גביש.
"יש הרבה שלבים לעבור מ'זה להיט', ל'זהו נתונים שאנחנו יכולים להשתמש בהם'", מסביר ד"ר דניאל פיילי מהמעבדה הלאומית לורנס ברקלי בסרט. תצלומים אלו עוזרים למדענים לפתור את מה שהם מתארים כ"פאזל הגיוני", למצוא את הגביששנוצר. שילוב התמונות והנתונים מאפשר לצוות להבין היכן נמצאים האטומים בתוך הגביש.
"המטרה שלנו היא לפתור מבנים רבים כדי לבנות חבילה של חומרים אפשריים לחקירה. כאשר נוכל למצוא מאפיינים נפוצים, אנו מקווים להתחיל לחזות כיצד לשנות אותם כדי לקבל מאפיינים חדשים ועיצוב לקראת החומרים השימושיים ביותר", המשיך ברוסטר.
הדרך שבה אנשים עובדים יחד היא חלק ממש חזק בתהליך המדעי.
ד"ר נייט הוהמן
הצוות הצליח בלכידת מבני גביש חדשים שנתפסו בתמונות. היישומים עבור מבנים אלה הם, בתיאוריה לפחות, בלתי מוגבלים, ולצוות יש שאיפות גבוהות למה שניתן להשיג באמצעותם. "אנחנו מייצרים דברים חדשים", אומרד"ר נייט הוהמןממעבדות ברקלי בסרט. ממבנים לעזרה, לאלו שיכולים לעבוד עליהם, לחלום של אנרגיה מתחדשת זולה, התשוקה לפוטנציאל של מה שניתן להשיג זורחת.
"במהלך השנה ההיא עשינו שלושה ניסויי X-FEL ובשילוב, אספנו מספיק נתונים כדי לפתור 10 מבנים חדשים. זה עלה על הציפיות שלנו ועודד אותנו להמשיך לבנות את השיטה לפתרון מבנים נוספים, מהר יותר!" סיכם ברוסטר.
הסרט עוסק גם בתקשורת, לא רק בתוך הצוות ביפן אלא גם דרך הסרט עצמו, ועוזר לחשוף את אלה שאינם בשטח למדענים שמאחורי המדע. במהלך הניסוי, הם חוו בעיות בקו, במכונה וברשת המזינה את הגבישים הנוזליים אל הקורה עצמה. "כשהקרן חוזרת אתה יכול להתחיל את הניסוי שלך שוב, אתה לא מקבל שום זמן בחזרה", מסביר הוהמן.
הגבישים עשויים להיות 3-הידרוקסי-ביו-פנול, אבל הם מכונים על ידי מאשה אלכסיך כ"דגימות המרשמלו" מכיוון שהם דומים לקטנטנים.בתמונות. רגעים כאלה במהלך הסרט הקצר עוזרים לחבר את הקהל למדע ולמדענים עצמם. "הדרך שבה אנשים עובדים יחד היא חלק מאוד חזק מהתהליך המדעי", אמר הוהמן.
יש גם עלייתה של טכנולוגיה חדשה כגון, שהצוות מקווה לאמן לזהות את מבני הגביש. הם פשוט צריכים מספיק פגיעות קריסטל כדי שה-AI יוכל ללמוד מה הם ובסופו של דבר אפילו לחזות מה יכול להיות אפשרי.
"מה שה-AI יעשה זה לקחת את מבני הגביש שנפתרו, את ההרכב הכימי של הגבישים ואת המאפיינים של הגבישים, כדי לומר לך אילו יסודות כימיים לשלב בפרופורציות נתונות כדי ליצור מבנה עם תכונות רצויות. הצוות צריך לאסוף מספיק נתונים ממספיק קומפוזיציות כדי לאמן את הבינה המלאכותית", אמרה ד"ר לורה לי, יועצת מדעית ומפיקה שותפה של הסרט, ל-IFLScience.
פתרון הבעיות המוזכרות בסרט עשוי להיראות רחוק עבור קבוצה אחת של חוקרים, ואולי הוא כן. עם זאת, כמו בכל צוות, המסירות, העבודה הקשה וההתמדה שלהם הם שיובילו ללהיטי הקריסטל של העתיד.
Crystal Hitters: Beamtime נבחר והוקרן בפסטיבל הסרטים הבינלאומי מקס סר בקוסטה ריקה.
