Granty ERC dla naukowców z UMK

High risk – high gain (Wysokie ryzyko - wysoki zysk) – to motto grantów finansowanych przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych (European Research Council – ERC). Ta utworzona przez Komisję Europejską w 2007 r. niezależna agenda stawia na doskonałość badawczą – to główne kryterium oceny zgłaszanych pomysłów naukowych.

Przekraczając granice wiedzy

ERC kieruje swoją ofertę grantową do naukowców z całego świata, znajdujących się na każdym etapie kariery i zamierzających realizować projekty badawcze na terenie Unii Europejskiej. Klasyczny podział na badania podstawowe i stosowane nie ma dla ekspertów znaczenia. Nagradzane przez nich projekty muszą mieć charakter poznawczy, pionierski oraz przekraczać obecne granice wiedzy.

ERC przyznaje kilka rodzajów grantów: Starting Grant – dla początkujących naukowców i naukowczyń (2-7 lat po doktoracie), Consolidator Grant – dla wzmacniających własne zespoły badawcze (7-12 lat po doktoracie), Advanced Grant – dla już doświadczonych badaczy i badaczek, Synergy Grant – dla zespołów naukowych wspólnie prowadzących projekty oraz Proof of concept – skierowany do laureatów ERC poprzednich edycji.

We wtorek 22 listopada europejska agenda ogłosiła laureatów programu Starting Grant. Do rozstrzygniętej właśnie edycji wpłynęło prawie trzy tysiące wniosków. Największa konkurencja była w obszarze nauk fizycznych i inżynieryjnych – o dofinansowanie starało się aż 1224 badaczy. W sumie, w całym konkursie, ERC rozdysponowała 636 mln euro pomiędzy 408 autorów projektów. Granty będą realizowane przez pięć lat w 26 europejskich krajach przez naukowców 46 narodowości. Dzięki tegorocznemu rozdaniu zostanie utworzonych blisko dwa tysiące miejsc pracy, m.in. dla młodych doktorów, doktorantów i inżynierów.

UMK krok przed konkurencją

Wśród nagrodzonych znalazło się zaledwie czworo Polaków, w tym aż dwoje z Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu: dr hab. Katharina Boguslawski, prof. UMK oraz dr hab. Piotr Wcisło, prof. UMK. Warto podkreślić, że oboje pracują na jednym Wydziale: Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej. To ogromny sukces dla całej uczelni – ERC po raz pierwszy w historii doceniła w ten sposób naszych naukowców.

W tym prestiżowym konkursie i w tak niezmiernie wymagającej rywalizacji aż dwa wnioski złożone przez naukowców z UMK otrzymały finansowanie. To ogromny sukces naukowców i naszego Uniwersytetu na arenie międzynarodowej – komentuje prof. dr hab. Wojciech Wysota, prorektor ds. nauki. – Uzyskane finansowanie w ramach tego konkursu pozwoli naukowcom prowadzić innowacyjne badania na najwyższym światowym poziomie. Osiągnięcie to ma ponadto duży wymiar promocyjny i wizerunkowy, co niewątpliwie przyczyni się  do zwiększenia rozpoznawalności UMK jako europejskiego uniwersytetu badawczego.

– Cieszy mnie to wyróżnienie, oczywiście. Wyniki ERC są bardzo czujnie śledzone przez liderów naszej dyscypliny na całym świecie – mówi prof. Piotr Wcisło. – To istotny sygnał, że jesteśmy poważnym partnerem do współpracy. Moja grupa jest bardzo młoda, więc to dla nas szczególnie ważne – ERC nas uwiarygadnia.

– Znalezienie się w gronie laureatów jest wielkim zaszczytem. Jest to nie tylko kolejne osiągnięcie, ale coś, na co pracowałam ponad 10 lat – nie kryje entuzjazmu prof. Katharina Boguslawski. – Bycie naukowcem to nie tylko codzienna praca czy pasja. To także szaleńcza ilość godzin pracy i bezsennych nocy, które pozwalają nam nieustannie piąć się i uczyć. Otrzymanie grantu ERC to olbrzymi sukces w mojej karierze naukowej na poziomie krajowym, ale także, co najważniejsze, międzynarodowym. Tak jak wszystkie granty ERC mój projekt to przedsięwzięcie bardzo ambitne. W ciągu kolejnych pięciu lat będę miała okazję zbudować najwyższej klasy zespół naukowy, z którym będę mogła pracować nad przełomowym projektem. Nasi laureaci, tak jak i oczywiście pozostali wyróżnieni, z funduszy projektu będą mogli pokryć wszelkie niezbędne koszty, m.in. wynagrodzeń członków zespołu, badań, aparatury, odczynników, podróży, publikacji, opłat konferencyjnych oraz zleceń zewnętrznych. Wśród wyróżnionej czwórki Polaków, oprócz badaczy z UMK znaleźli się także dr Adam Kłosin z Instytutu Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego Polskiej Akademii Nauk oraz dr inż. Rafał Kucharski z Wydziału Matematyki i Informatyki Uniwersytetu Jagiellońskiego.

Pułapka na molekułę wodoru

Prof. Piotr Wcisło otrzymał 1 mln 923 tys. 239 euro na realizację projektu New experimental methods for trapping cold molecular hydrogen ("Nowe eksperymentalne metody pułapkowania molekularnego wodoru"). To jedna z najwyższych kwot przyznanych w tej edycji grantów ERC. Badacze aplikujący o Starting Grant mogą ubiegać się o 1,5 mln euro. W uzasadnionych jednak przypadkach kwota może być zwiększona o kolejne pół mln euro. I taką też decyzję podjęli eksperci oceniający projekt prof. Piotra Wcisły. Nic dziwnego – recenzje, które otrzymał fizyk, były nie tylko pozytywne, ale część z nich wręcz entuzjastyczna, podkreślająca wagę i nowatorstwo proponowanych badań.

Prof. Wcisło zajmuje się najbardziej podstawowymi, fundamentalnymi "cegiełkami", które tłumaczą funkcjonowanie rzeczywistości, a więc samej natury.

Celem projektu jest pokazanie, że można "spułapkować" molekułę wodoru (H₂). Mam zamiar, razem z powołanym przeze mnie zespołem, wykorzystując najlepsze i najnowocześniejsze technologie laserowe, wytworzyć odpowiednią konfigurację bardzo silnych pól magnetycznych i laserowych, aby utworzone w ten sposób  pole siłowe umożliwiło uwięzić molekułę wodoru w środku komory próżniowej – tłumaczy prof. Wcisło.

Dlaczego akurat molekułę wodoru, a nie inną cząsteczkę?

Mamy szansę zbadać strukturę najprostszych cząsteczek na poziomie, który dotąd był właściwie nieosiągalny – tłumaczy prof. Piotr Wcisło. – Dlaczego to takie istotne? Ponieważ najprostsze molekuły są niezwykle ważne dla badań podstawowych. Po pierwsze ich struktura może być wyliczona z zasad pierwszych, a co za tym idzie, mogą być użyte do testowania nie tylko zasad mechaniki kwantowej, ale też elektrodynamiki kwantowej dla molekuł. Po drugie zaś najprostsze molekuły mogą być wykorzystywane jako swoiste czujniki nowych hipotetycznych oddziaływań w przyrodzie.

Ze względu na swoją prostotę H₂ jest więc doskonałym narzędziem do badania fizyki fundamentalnej: elektrodynamiki kwantowej, wyznaczania fundamentalnych stałych, czy poszukiwania nowej fizyki poza modelem standardowym.

Obecne eksperymenty są jednak dalekie od wykorzystania ogromnego potencjału molekularnego wodoru. Problemem, czy też powodem takiego stanu rzeczy jest to, że molekuła ta bardzo słabo oddziałuje z polami magnetycznymi, laserowymi i elektrycznymi, nie jest więc podatna na standardowe techniki spowalniania i chłodzenia.

Uwięzienie, czyli "spułapkowanie" ultrazimnego molekularnego wodoru to ogromne wyzwanie, zarówno metodologicznie, jak i technologicznie. We wniosku aplikacyjnym pokazałem jednak twarde dane i twarde obliczenia, że nie ma fizycznych ograniczeń, by to zrobić. Ponadto istnieje już obecnie taka technologia, która także nam to umożliwia – tłumaczy prof. Wcisło.

Trzeba podkreślić, że pomysł, by "spułapkować" molekułę wodoru nie funkcjonował dotąd w środowisku fizyków, nawet na poziomie idei.

– Rzeczywiście nikt do tej pory o tym nie myślał, nie planował. Zastanawialiśmy się z moimi doktorantami i studentami, czy jest to w ogóle możliwe. Zaczęliśmy od podstawowych pytań: czy fizyka nam to uniemożliwia? Czy technologia nam to uniemożliwia? Po wykonaniu ogromu obliczeń wyszło nam, że nie – mówi prof. Wcisło.

Fizyk podkreśla, że system grantowy ERC działa bardzo sprawnie.

– Skłania naukowca do bardzo ciężkiej pracy już na poziomie idei, którą chce rozwijać, a także metodologii i narzędzi – mówi. – Przygotowując wniosek do ERC aplikowałem, z powodzeniem, o "Granty na granty europejskie". Pozwoliło mi to sfinansować przygotowania, m.in. zatrudnić zewnętrzną firmę konsultingową, zatrudnić podwykonawców, którzy wykonywali techniczne prace do wniosku. Zaangażowanych w to było też kilkoro moich studentów i doktorantów, przede wszystkim w obliczenia fundamentalnych ograniczeń fizycznych. Za nami dwa lata ciężkiej pracy, by udało się poprawnie sformułować idee. A potem te idee przekuć w atrakcyjny obraz, który wzbudził pozytywne opinie ekspertów ERC.

Ku Nowej Fizyce

– Zaplanowane badania z jednej strony pozwolą na testy najdokładniejszej teorii kwantowej, jaka teraz istnieje – czyli modelu standardowego – dodaje prof. Wcisło. – Z drugiej zaś pojawia się bardzo interesujące pytanie: gdzie się kończy stosowalność tego modelu? W którym miejscu przestanie działać elektrodynamika kwantowa i będziemy mogli szukać Nowej Fizyki? To właśnie na tym polega cały wyścig naukowców zajmujących się tym tematem. Dzięki naszym badaniom mam nadzieję, że my pierwsi poznamy odpowiedzi na te pytania.

Grant na kwant

Ambitny projekt badawczy przez najbliższe pięć lat w Toruniu będzie realizowała również dr hab. Katharina Boguslawski, prof. UMK. Tak jak prof. Wcisłę, tak i prof. Boguslawski czeka budowa jak najlepszego zespołu badawczego, zakup niezbędnej nowoczesnej aparatury, a przede wszystkim intensywna praca naukowa. Laureatka otrzymała 1 mln 218 tys. 088 euro na realizację projektu Devising Reliable Electronic Structure Schemes through Eclectic Design ("Opracowanie niezawodnych schematów metod badania struktury elektronowej poprzez eklektyczny design"). Również i ten pomysł zyskał ogromne uznanie specjalistów oceniających wnioski ERC.

Czym zajmie się prof. Boguslawski?

Nowoczesna chemia kwantowa osiągnęła znaczący poziom w opisywaniu atomów, cząsteczek i ich oddziaływań. Podejścia teoretyczne są szczególnie pomocne, kiedy badania eksperymentalne ulegają spowolnieniu ze względu na stosowanie metody prób i błędów. W takich przypadkach chemia obliczeniowa może dostarczyć nam poszukiwanej wiedzy o własnościach i reaktywności cząsteczek.

Niestety konwencjonalne modele teoretyczne są albo zbyt kosztowne w zastosowaniach do obliczeń dla bardzo dużych układów atomowo-molekularnych, albo wymagają kontroli użytkownika na poziomie eksperckim lub mogą przewidywać niewiarygodne właściwości – tłumaczy prof. Boguslawski. - Aby przerwać obecny paradygmat chemii obliczeniowej, pożądane są innowacyjne i wydajne przybliżenia.

Jedno z takich innowacyjnych podejść modeluje układy wieloelektronowe z użyciem stanów par elektronowych. Obecnie wykorzystywane metody par elektronowych są jednak niewystarczające do osiągnięcia chemicznej lub spektroskopowej dokładności dla dużych molekuł organicznych, tworzących ogniwa słoneczne lub organicznych diod elektroluminescencyjnych.

- Te nowe metody należy rozszerzyć tak, by dokładnie opisać korelacje elektronowe wykraczające poza proste efekty parowania elektronów, w szczególności w przypadkach, kiedy zawodzą standardowe metody kwantowo-chemiczne. Po drugie zaś niezawodnie przewidywać własności molekularne zarówno stanów podstawowych, jak i elektronowo wzbudzonych układów o zamkniętej i otwartej powłoce elektronowej. Po trzecie zaś – dostarczyć intuicyjnej platformy w formie czarnej skrzynki dla użytkowników niebędących ekspertami – wyjaśnia prof. Boguslawski.

Prof. Boguslawski zamierza cele te osiągnąć poprzez ulepszenie obecnych przybliżeń, aby systematycznie zmierzać do dokładnego wyniku bez zwiększania złożoności obliczeniowej. Laureatka planuje też opracować interfejs czarnej skrzynki do zautomatyzowanych obliczeń chemii kwantowej. W najbliższych pięciu latach zajmie ją również wyjaśnianie związków pomiędzy strukturą a właściwościami danego układu.

- Synergia pomiędzy niedrogim, ale wiarygodnym opisem ilościowym oraz jakościową interpretacją oddziaływań molekularnych przyspieszy poszukiwanie nowych materiałów do stosowania w elektronice organicznej – tłumaczy prof. Boguslawski.

Prof. Boguslawski planuje zaangażować do projektu dwoje studentów, dwoje doktorantów oraz jednego adiunkta.

- Wszystkie nasze osiągnięcia i wysiłki zostaną publicznie udostępnione w autorskim, stworzonym w naszej grupie pakiecie oprogramowania PyBEST, który jest bezpłatny dla całej społeczności naukowej - dodaje prof. Boguslawski.