სამმაგი სავარცხლის სპექტროსკოპია – ბაჩანა ლომსაძის მორიგი გამოგონება

29 ნოე 2018

ამერიკაში მოღვაწე ქართველმა ფიზიკოსმა, თსუ-ის კურსდამთავრებულმა ბაჩანა ლომსაძემ მორიგ წარმატებას მიაღწია. მისმა გამოგონებამ, რომელიც შეეხება სამმაგი სავარცხლის სპექტროსკოპიას, მეცნიერთა დიდი ინტერესი გამოიწვია. 22 ოქტომბერს სტატია - „სამმაგი სავარცხლის სპექტროსკოპია“ („TRI-COMB SPECTROSCOPY”), ბაჩანას პირველი ავტორობით, ზღვრული იმპაქტ-ფაქტორის მქონე ჟურნალ „Nature Photonics“-ში გამოქვეყნდა. ნაშრომის აქტუალობიდან გამომდინარე, წარმომადგელობითი კონკურსის საფუძველზე და რედაქტორის გადაწყვეტილებით, ბაჩანას ნაშრომი პრესტიჟული ჟურნალის გარეკანზეა გამოტანილი.


რა არის სამმაგი სავარცხლის სპექტროსკოპია?

თანამედროვე ლაზერული სპექტროსკოპიის მომავალი სიხშირული სავარცხლის გარეშე წარმოუდგენელია. სიხშირული სავარცხლები განეკუთვნებიან სინათლის წყაროებს, რომელთაგანაც თითოეული შეიძლება წარმოვიდგინოთ, როგორც უამრავი ულტრა-სტაბილური ლაზერების ერთობლიობა და რომელთა სპექტრის სურათი შედგება ათიათასობით (თუნდაც მილიონი), თანაბრად დაშორებული სპექტრული ხაზებისგან. ამ სინათლის წყაროს შექმნა/განვითარება, როგორც ეს ხაზგასმული იყო 2005 წლის ნობელის პრემიით ფიზიკაში, განეკუთვნება 21-ე საუკუნის ერთ-ერთ უდიდეს მიღწევას. მას გააჩნია უდიდესი ფუნდამენტური მნიშვნელობა - მაგალითად, ადრე შეუძლებელი ატომური და რთული მოლეკულური აღგზნების დონეების განცალება-გარჩევა, ასევე პრაქტიკული გამოსავალი - მაგალითად, უცნობი ნარევისაგან შედგენილი ნივთიერებების ინდენტიფიცირება დიდი გარჩევისუნარიანობით. მარტივ ენაზე რომ ვთქვათ, თითოეულ ნივთიერებას აქვს თავისი მახასიათებელი შთანთქმის სპექტრები, ისევე, როგორც ყველა ადამიანს გვაქვს ჩვენი მახასიათებელი თითის ანაბეჭდები. სიხშირული სავარცხელი საშუალებას იძლევა ამ ნივთიერებების იდენტიფიცირებას მათი „თითის ანაბეჭდების“ სკანირებით.
სიხშირეთა სავარცხლების შექმნიდან რამოდენიმე წლის შემდეგ შეიქმნა ორმაგი სავარცხლის სპექტროსკოპიის მეთოდი (dual-comb spectroscopy), რომელიც საშუალებას იძლევა, ჩატარდეს ზემოთ აღნიშნული კვლევები არა მარტო დიდი გარჩევის უნარიანობთ, არამედ მოკლე დროებში. ეს ძალიან მნიშვნელოვანია პრაქტიკული მიზნებისთვის, მაგალითად მედიცინაში, სხვადასხვა დაავადების დასადგენად (ვთქვათ, ადამიანის ამონასუნთქ ჰაერში არსებული შემადგენლობის დეტექტირება). ამავდროულად, იგი შეიძლება გამოყენებულ იქნას მომწამვლელი ნივთიერების დასადგენად გარემოში.
მიუხედავად იმისა, რომ ასეთი მიდგომით მოხერხდა მრავალი ფიზიკური ამოცანის წარმატებით გადაწყვეტა, მას აღმოაჩნდა რიგი ნაკლოვანებები: კერძოდ ამ მეთოდით შეუძლებელი იყო ნარევში არსებული ნივთიერებების დადგენა დიდი საიმედოობით, განსაკუთრებით მაშინ, როცა სხვადასხვა ნივთიერების სპექტრები გაგანიერებულია (სხვადასხვა გარემოს ფაქტორების გამო) და ერთმანეთზეა გადაფარული. ზემოთ აღნიშნულ მაგალითს რომ შევადაროთ, ეს იგივეა, რაც ადამიანების (10-100 ადამიანის) იდენტიფიცირება რომ გვინდოდეს მათი თითის ანაბეჭდებზე დაყრდნობით იმ პირობებში, როცა მათი ეს ანაბეჭდები ერთმანეთზეა ზედდებული.
ამ სირთულეების ფონზე ბაჩანა ლომსაძის მიერ შეთავაზებული იქნა ნოვატორული მიდგომა, რაც გულისხმობდა - ორმაგი სიხშირული სავარცხელის მეთოდის შერწყმას მრავალგანზომილებიან კოჰერენტულ სპექტროსკოპიასთან (MDCS). ასეთი ახალი მეთოდის შექმნის იდეამ, კვლევის ამ სფეროში, რევოლუციური ნახტომი გამოიწვია, რადგან ბაჩანას მიერ შეთავაზებული მეთოდი, ნივთიერების სხვადასხვა ფიზიკური პროცესების შესწავლაზე დაყრდნობით, საშუალებას იძლევა ერთმანეთზე ზედდებული სპექტრების განცალკევებისა და, შესაბამისად, უპრეცედენტოდ მაღალი სიზუსტით და საიმედოობით იდენტიფიცირებისა, რაც უაღრესად მნიშვნელოვანია პრაქტიკული მიზნებისთვის. ეს მიგნება აღიარებულ იქნა დარგის სპეციალისტების მიერ და აისახა სხვადასხვა სამეცნიერო სიახლეში. მათ შორის, რამოდენიმე თვის წინ, ბაჩანა ლომსაძის პირველი ავტორობით, გამოქვეყნდა ნაშრომი უმაღლესი იმპაქტ-ფაქტორის მქონე ჟურნალ „SCIENCE“- ში.
რაც შეეხება ბოლოდროინდელ მიღწევას, როგორც ჩვენთან საუბარში ბაჩანა ლომსაძემ აღნიშნა, ის შეეხება სამმაგი სიხშირული სავარცხლის სპექტროსკოპიის შექმნას: „ჯერ კიდევ ამ კვლევათა წარმართვის დროს დაისვა საკითხი - რატომ უნდა გავჩერებულიყავით ორზე და რა უპირატესობას შესძენდა მესამე სიხშირული სავარცხელი ჩემ მიერ გამოგონებულ მეთოდს? როგორც ჩემი გათვლები აჩვენებდა, სამი სიხშირული სავარცხლით შესაძლებელი იქნებოდა ნივთიერებათა იდენტიფიცირება არა მარტო მაღალი სიზუსტით და საიმედოობით, არამედ უმოკლეს დროებში, კომპაქტური აპარატურით და, რაც მნიშვნელოვანია, დისტანციურად. Science-ში სტატიის გამოქვეყნებიდან რამდენიმე თვეში მოვახერხე ახალი, სამი-სიხშირული სავარცხლის მეთოდის შექმნა და დემოსტრირება, მათ შორის, პრაქტიკული მიზნებისთვის. ამ მეთოდის გამოყენებით ამიერიდან შესაძლებელი ხდება მომწამვლელი და ასაფეთქებელი ნივთიერების დეტექტირება მოხდეს წყაროსგან ძალიან მოშორებით, სულ რაღაც ნახევარ წამზე ნაკლებ დროში, რაც უაღრესად მნიშვნელოვანია. თავს ბედნიერად ვთვლი, რომ ჩემი ეს უდიდესი მიღწევა, ასევე პირველი ავტორობით, აღიარებულ იქნა ზღვრული იმპაქტფაქტორის მქონე ჟურნალ „Nature Photonics“-ში შრომის გამოქვეყნებით“, - აღნიშნა ბაჩანა ლომსაძემ. 
აქვე ცალკე უნდა აღინიშნოს ის ფაქტი, რომ „Nature Photonics“-ის რედაქციის მიერ მიწვეულ იქნა ექსპერტ-მეცნიერი, რომელსაც დაევალა ბაჩანა ლომსაძის შრომის შესახებ პოპულარულ ენაზე დაეწერა მიმოხილვითი სტატია, რაც ასევე დიდი წარმატებაა, რადგან ამ ტიპის სტატიის დაწერა რედაქციის მიერ მხოლოდ გამორჩეულ ნაშრომებს ერგებათ წილად.
მიუხედავად გამოქვეყნებიდან მოკლე დროის გასვლისა, შრომამ დიდი გამოხმაურება ჰპოვა, რაზეც მეტყველებს სხვადასხვა ქვეყნიდან მიღებული დაახლოებით 25-მდე მილოცვა. ეს ფაქტი მასშტაბურად აღინიშნა სანტა კლარას უნივერსიტეტშიც (კალიფორნია, აშშ), სადაც ბაჩანა ლომსაძე პროფესორად აირჩიეს რამდენიმე თვის წინ.
„მართალია ტკბილეული არ მიყვარს, მაგრამ სამახსოვრო ტორტიც კი გამოაცხვეს ამ ფაქტის აღსანიშნავად. კიდევ უფრო მნიშვნელოვანი კი ისაა, რომ ბევრი მილოცვა მივიღე ჩემი ქვეყნიდან - მეგობრებიდან, ნათესავებიდან და ჩემი თსუ-ის პედაგოგებისგან, რისთვისაც ყველა მათგანს უდიდესი მადლობა მინდა გადავუხადო“, - აღნიშნა ბაჩანა ლომსაძემ ჩვენთან საუბარში.