A + najwyższa kategoria w naukach fizycznych

 fot. Krzysztof Magda

prof. Ewa Gudowska-Nowak, dziekan Wydziału FAIS UJ, prof. Piotr Salabura, prodziekan w rozmowie z Mariuszem Blimelem na łamach czasopisma Nauka Innowacje Biznes

Mariusz Blimel: Proszę opowiedzieć o unikatowości Wydziału Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej.

Prof. Ewa Gudowska-Nowak: Jesteśmy jedynym wydziałem w Polsce, kształcącym na kierunku Fizyka na pierwszym i drugim stopniu,  który posiada certyfikat doskonałości kształcenia. W przeprowadzonej w 2022 roku ewaluacji dyscyplin uzyskaliśmy najwyższą kategorię naukową A+ w naukach fizycznych. Przed dwoma laty dzięki naszym staraniom w uczelni powołana została nowa dyscyplina: Informatyka techniczna i telekomunikacja, która funkcjonuje obok informatyki ścisłej, wyrosłej de facto głównie z matematyki i logiki. Techniki informatyczne i uczenie maszynowe są w tej chwili powszechnie stosowane w różnych dyscyplinach.  Współpracujemy w tym zakresie z innymi wydziałami UJ. 

 fot. Krzysztof Magda

Wyróżnia nas aktywność w budowaniu i rozwijaniu współpracy z otoczeniem społeczno-gospodarczym, partnerstwa biznesowego z przedsiębiorstwami z obszaru high-tech w Polsce. W ramach współpracy przygotowujemy projekty, części aparatury i oprogramowania. Do koordynacji tych badań powołaliśmy Radę ds. Strategii Rozwoju Wydziału, która spotyka się 2-3 razy w roku. Jej zadaniem jest także adaptacja programów kształcenia do potrzeb środowiska oraz udział w procesie edukacji zewnętrznych podmiotów.  Nasza działalność w tym zakresie jest bardzo dobrze postrzegana na zewnątrz i została wyróżniona Symbolem 2022 przez Monitor Biznesu.

Ogromną zaletą Wydziału FAIS jest różnorodność tematyki prowadzonych przez nas badań: od dość abstrakcyjnych problemów fizyki matematycznej,  poprzez badania podstawowe w fizyce cząstek i kosmologii, aż po badania aplikacyjne fizyki nanocząstek, sztucznej inteligencji czy nowoczesnych terapii jądrowych. Nad wieloma zagadnieniami pracują wspólnie fizycy z informatykami, ale bardzo mocno kwitnie też współpraca z badaczami z innych jednostek, w szczególności z chemikami, lekarzami, ale także z filologami i filozofami. 

E.G-N.: Nasz wydział otworzył pierwszą w Polsce Akademię Gier, która została przekształcona w studia drugiego stopnia o nazwie Projektowanie gier wideo.

Absolwenci tego kierunku są dosłownie rozchwytywani na rynku pracy, dowodząc zainteresowania producentów branży gier pozyskiwaniem osób o podobnym profilu wykształcenia . 

Co więcej, jako jedyni w południowo-wschodniej Polsce kształcimy nauczycieli fizyki, których bardzo brakuje w szkołach. Mamy również międzywydziałowe Studia Matematyczno-Przyrodnicze, na których ambitniejsi studenci pod okiem opiekunów naukowych mogą realizować indywidualne ścieżki kształcenia i poznawać kilka kierunków naraz.  Na starszych latach studenci mają możliwość współudziału w prowadzonych przez nas badaniach i otrzymują pomoc w nawiązywaniu kontaktów z ośrodkami zagranicznymi. W ramach studiów mają dostęp do wyspecjalizowanych laboratoriów fizycznych, chemicznych, biologicznych i komputerowych, a także do specjalistycznych baz danych i zasobów cyfrowych Biblioteki Narodowej, nauczani są nowoczesnego oprogramowania naukowo-statystycznego.

Piotr Salabura: Oprócz standardowych kierunków takich jak Fizyka, Biofizyka, Astronomia, Informatyka Stosowana czy Astrofizyka i Kosmologia, mamy również kierunek o nazwie Fizyka dla firm. Został on stworzony po to, aby zainteresować fizyką absolwentów różnych szkół średnich, którzy czują wobec niej pewną obawę. Studia dotyczą zastosowania fizyki w różnego rodzaju firmach technologicznych. W ramach jednego z przedmiotów na zasadzie case study (studia przypadku) przedstawiciele firm opowiadają o swojej działalności związanej z zastosowaniem fizyki w ich przedsiębiorstwach i prezentują zagadnienia, które chcieliby rozwiązać wspólnie ze studentami. W tym roku gościliśmy między innymi  przedstawicieli firm takich jak INGLOT, Nokia czy HSBC. Chcemy tego typu zajęcia wprowadzać jako fakultatywne dla wszystkich studentów na Wydziale, ponieważ rzeczywistość potwierdza, że fizycy świetnie sprawdzają się w pracy w firmach technologicznych, kosmetycznych czy informatycznych, a także w sektorze finansowym, gdzie również zatrudniani są nasi absolwenci.

  fot. Krzysztof Magda

M.B.: Wracając do współpracy z biznesem, z przemysłem, proszę bliżej nakreślić współpracę z firmą INGLOT.

E.G-N.: Jej prezesem jest wychowanek Wydziału Fizyki, Pan dr Zbigniew Inglot, członek Rady Uczelni.  Dr Inglot jest niezwykle prężnie działającą osobą, która ma nietypowy horyzont poznawczy. Bardzo zależy mu, aby laboratoria,  które są również laboratoriami R&D w jego firmie, mogli odwiedzać studenci czy badacze z różnych uczelni czy instytucji. Dr Inglot jest zainteresowany tym, by niektóre prace projektowe dotyczące produktów wytwarzanych przez firmę zlecać jako prace badawcze w ośrodkach akademickich. Współpraca jest bardzo interesująca, ponieważ mamy interdyscyplinarne laboratoria materiałowe, gdzie wieloma różnymi komplementarnymi technikami można badać na przykład własności polimerowych warstw powierzchniowych, zawartość wody w materiale, tarcie molekularne i przepuszczalność światła. Wykorzystując zaangażowanie studentów w prowadzonych praktykach laboratoryjnych, firma nie musi pozyskiwać dodatkowych specjalistów. Jednocześnie, na mocy porozumienia stron, część badań prowadzonych może być w oparciu o unikatową aparaturę znajdującą się w laboratoriach Wydziału. 

M.B.: Jakie projekty można wyróżnić na WFAIS UJ?

P.S.: Zacznijmy od współpracy z największym budowanym ośrodkiem akceleratorowym w Europie, czyli Ośrodkiem Badań Antyprotonami i Jonami - Facility for Antiproton and Ion Research in Europe (FAIR GmbH) w Darmstadt k. Frankfurtu (Niemcy). Jego misją jest prowadzenie badań w obszarach fizyki jądrowej, cząstek, atomowej oraz badań materiałowych.  To ogromne przedsięwzięcie jest zarazem sporym osiągnięciem dla Polski, która była jednym z jego wnioskodawców. Udział Polski w budowie FAIR wynosi 2.3%, czyli kilkadziesiąt milionów euro. Uniwersytet Jagielloński został wybrany przez MEiN do reprezentowania Polski, a koordynacją działań zajmują się pracownicy Wydziału. Polska ma kluczowy wkład w nowe eksperymenty  i urządzenia niezbędne do pracy akceleratorów jonów i protonów. Współpraca naukowa jest realizowana przez różne polskie uczelnie i ośrodki badawcze, czego przykładem są chociażby wspólne projekty z obszaru elektroniki wysoko scalonej z grupami z AGH. Chodzi tu o układy scalone do procesowania bardzo mało amplitudowych sygnałów pochodzących z oddziaływań cząstek z materiałem detektorów oraz systemy odczytu i analizy dużej ilości danych

W procesie budowy urządzeń akceleratorowych uczestniczą także polskie firmy, np. Kriosystem z Wrocławia, który wyrósł  z projektów  realizowanych we współpracy z Europejską Organizacją Badań Jądrowych (CERN). Kriosystem jest dziś jednym z największych dostawców urządzeń kriogenicznych do ośrodka FAIR. Innymi firmami, które zrealizowały wkłady do projektu FAIR, są na przykład PREVAC, specjalizujący się w technologiach próżniowych, czy ZUGIL S.A., zajmujący się precyzyjnymi konstrukcjami mechanicznymi.

 fot. Krzysztof Magda

Kolejnym obszarem naszej działalności są projekty badawcze realizowane w ramach programu Inicjatywa Doskonałości UJ, jak na przykład projekt priorytetowego obszaru badawczego Anthropocene. Jego celem będzie przeprowadzenie szczegółowych i dokładnych badań wpływu człowieka na środowisko. Badania obejmą zagadnienia zanieczyszczenia powietrza, jakości gleb i wody, diagnostyki wody wypływającej z oczyszczalni ścieków itp. Jest również przewidziany zakup podwodnego drona oraz mobilnych pracowni diagnostyki powietrza i gleby. Przy pomocy drona możliwe będzie badanie wody w zbiornikach zamkniętych i otwartych, poprzez bardzo precyzyjną, w połączeniu z sensorami, diagnostykę składu wody. Laboratoria mobilne, wsparte przez laboratoria stacjonarne na różnych wydziałach, posłużą do badań powietrza i skał pod względem wpływu człowieka w historii na środowisko. Wydział posiada już duże osiągnięcia w tym obszarze dzięki realizacji autorskiego programu monitorowania zanieczyszczeń powietrza w dedykowanych stacjach umieszczanych w małopolskich gminach (pomiary są prezentowanie na stronie https://tymoddycham.uj.edu.pl/).

E. G-N.: Projekt priorytetowego obszaru badawczego Anthropocene obejmuje także powołanie w Uniwersytecie centrów flagowych Earth System Science Core Facility oraz Man-Mind Environmental Lab – zadaniem grup badawczych skupionych w tych jednostkach będzie analiza ewolucji klimatu, wpływu globalizacji, migracji i nowych technologii na środowisko i zdolność Ziemi do podtrzymania życia.

W Uniwersytecie powstają nowe infrastruktury badawcze mające wesprzeć interdyscyplinarne badania międzywydziałowe. Na Wydziale FAIS powstało Centrum Badań Układów Złożonych im. Marka Kaca – projekt flagowy IDUJ, unikalny w skali kraju ośrodek naukowy zajmujący się prowadzeniem zaawansowanych badań, tworzeniem metodologii dla rozwijających się gałęzi nauki związanych z technologiami komputerowymi i jednocześnie promowaniem tej metodologii poprzez praktyczne (przemysłowe) zastosowania w sektorze high-tech.

fot. Mateusz Zimoch

Centrum funkcjonuje, wykorzystując najnowsze idee z matematyki, nauk ścisłych i informatyki stosowanej, które mogą opisywać zachowanie i ewolucję systemów złożonych. Systemy złożone to struktury o dużej liczbie wzajemnie na siebie oddziałujących i silnie powiązanych elementów. Przykładami rzeczywistych systemów złożonych są: wielkie sztuczne sieci węzłów komputerowych (Internet, www), sieci telekomunikacyjne (bezprzewodowe, UMTS i kolejne generacje), współczesne rynki ekonomiczne i finansowe, biosystemy i systemy genetyczne czy silnie skorelowane systemy kwantowe. Gwałtowny rozwój nauk komputerowych i praktycznie nieograniczone możliwości zapisu informacji w pamięci komputerów wywołały zapotrzebowanie na nowe metody poszukiwawcze, gwarantujące jak najszybszą identyfikację istotnych sygnałów i mogące rozwikłać istniejące korelacje, ukryte w ogromnych zbiorach informacji. Wiodącą rolę w tworzeniu takich nowych metod odgrywają nauki podstawowe (głównie fizyka i matematyka).

Projekt utworzenia w Polsce Centrum Badań Układów Złożonych im. Marka Kaca został zainspirowany działalnością podobnych ośrodków badawczych w USA, takich jak np. Santa Fe Institute (Nowy Meksyk) czy Institute for Advanced Studies w Santa Barbara (Kalifornia). Głównym celem jest stworzenie silnego interdyscyplinarnego ośrodka ukierunkowanego na nowe dziedziny nauk obliczeniowych, uczenia maszynowego i ich zastosowania.

 fot. Krzysztof Magda

P.S.: Wydział realizuje także projekty w ramach priorytetowego obszaru badawczego  SciMat. Są to  J-PET, czyli Jagielloński Pozytonowy Tomograf Emisyjny oraz Material Research Hub.

J-PET powstał w oparciu o plastikowe detektory promieniowania z dedykowanym odczytem opracowanym na naszej uczelni. Nowatorskie rozwiązanie pozwala na zwiększenie komory diagnostycznej przy jednoczesnym znaczącym obniżeniu kosztów tomografu w stosunku do obecnie produkowanych tomografów PET opartych na nieorganicznych detektorach kryształowych. Celem realizowanego na UJ projektu Jagielloński PET (J-PET) jest zbudowanie urządzenia pozwalającego na jednoczesne obrazowanie całego ciała. Ma ono służyć nie tylko lokalizowaniu nowotworów, ale także umożliwić określanie stopnia ich złośliwości oraz badanie dynamiki metabolizmu i rozprowadzania leków. Urządzenie budowane jest w oparciu o technologię stworzoną na Uniwersytecie Jagiellońskim, a zespół badawczy, który ją rozwija, składa się z fizyków, informatyków, elektroników, chemików, biologów oraz lekarzy. J-PET jest unikatowym w skali świata rozwiązaniem, które pozwoli na wdrożenie procedur leczniczych, opartych na precyzyjnym diagnozowaniu, które rozwijane będą w tworzonym na UJ Centrum Teranostyki (termin teranostyka powstał ze złożenia dwóch słów: terapia i diagnostyka i oznacza nowe podejście do medycyny, mające na celu tworzenie nowych rozwiązań technologicznych umożliwiających jednoczesne wykrywanie i leczenie chorób).

P.S.: Co ciekawe, elektronika i systemy odczytu danych przywołują na myśl projekt FAIR (Facility for Antiproton and Ion Reseach), wspomniany powyżej. Rzeczywiście wiele rozwiązań zastosowanych w J-PET zostało opracowanych do eksperymentów tam działających, co stanowi dobry przykład, jak badania podstawowe mogą wpływać na zastosowania służące bezpośrednio człowiekowi.   Warto wspomnieć, że w Ośrodku Badań Ciężkojonowych GSI, z którego wyrósł FAIR,  rozwinięto całą technologię terapii przy pomocy wiązek hadronowych. Terapia została zastosowana w największym w Europie ośrodku leczenia nowotworów w Heidelbergu. Procedury związane z tą innowacyjną terapią są tam nadal rozwijane, jeśli chodzi o technologie elektroniczne i informatyczne, w ramach spin offów. W Instytucie Fizyki Jądrowej Polskiej Akademii Nauk również została zastosowana podobna technologia terapii hadronowej, która może być wspomagana przez J-PET. 

fot. Mateusz Zimoch

Natomiast celem projektu flagowego Materials Reseach Hub jest zwiększenie możliwości badawczych wielu grup zajmujących się problematyką syntezy i wykorzystania nowoczesnych materiałów oraz analizą zjawisk zachodzących w nanoskali. Chcemy zapewnić dostęp do unikalnych narzędzi analitycznych służących do obrazowania składu i reaktywności chemicznej materiałów, w tym pomiarów in situ i operando z wykorzystaniem szerokiego zakresu promieniowania (od częstotliwości radiowej, poprzez IR, UV-vis, aż do zakresu rentgenowskiego), w tym również promieniowania synchrotronowego. Będzie to możliwe dzięki utworzeniu trzech nowych laboratoriów badawczych zajmujących się zaawansowaną analizą spektroskopową materiałów organicznych, nieorganicznych i hybrydowych, w tym powierzchni, interfejsów i cienkich warstw, z których aparatury i doświadczenia będą mogli korzystać zarówno naukowcy z UJ jak i podmioty zewnętrzne.

E.G-N.: Na Wydziale realizujemy również projekty skupione na nowoczesnym sposobie nauczania przedmiotów ścisłych i przyrodniczych. Przygotowujemy filmy edukacyjne, prowadzimy konkursy i olimpiady przedmiotowe. Aktywności te zostały bardzo dobrze ocenione przez ekspertów kategoryzujących naszą dyscyplinę poprzez przyznanie certyfikatu doskonałości kształcenia  w dziedzinie nauk fizycznych. Duże znaczenie mają tutaj  granty pozyskane przez nauczycieli akademickich z naszego Wydziału, jak również ścisła współpraca z instytucjami edukacji na poziome szkół podstawowych i szkół średnich w Małopolsce. 

P.S – Innym bardzo ważnym projektem naszego Wydziału jest realizowany wspólnie z Wydziałem Chemii UJ ATOMIN 2.0 – Centrum badań materiałowych w skali ATOMowej dla INnowacyjnej gospodarki. Jego celem jest wzmocnienie potencjału istniejącego parku aparaturowego zespołu laboratoriów naszych Wydziałów do realizacji przełomowych programów badawczych w dziedzinie projektowania zaawansowanych materiałów o dedykowanych właściwościach, które pozwolą na ich zastosowanie w kluczowych dziedzinach życia. Wzmocnienie potencjału przebiegać będzie w dwóch kierunkach: poprzez zakup nowej, unikatowej aparatury badawczej oraz wyposażenie istniejących urządzeń w najnowsze moduły poszerzające dotychczasowe możliwości analityczne. Punktem wyjścia dla przedsięwzięcia jest istniejąca infrastruktura badawcza pozyskana w ramach projektu ATOMIN - Badanie układów w skali ATOMowej: nauki ścisłe dla INnowacyjnej gospodarki. Stworzył on zalążek infrastruktury badawczej umożliwiającej kompleksowe badania układów w skali atomowej. Dzięki realizacji projektu ATOMIN 2.0 możliwe będzie wykonanie kolejnego milowego kroku w rozwoju badań innowacyjnych o charakterze aplikacyjnym, a mianowicie przesunięcie akcentu na badania materiałowe w celu poszukiwania nowych, zaawansowanych układów dla potrzeb realizacji wyzwań pojawiających się w takich sektorach gospodarki jak telekomunikacja, energetyka, medycyna czy ochrona środowiska. Te działania, w połączeniu z zapewnieniem skutecznego dostępu do planowanej infrastruktury dla przedsiębiorców i innych zainteresowanych podmiotów oraz jej uprzywilejowana lokalizacja, pozwolą na skrócenie dystansu pomiędzy środowiskiem naukowo-badawczym Uniwersytetu Jagiellońskiego a otoczeniem gospodarczo-biznesowym. 

E-G-N Astronomowie z naszego obserwatorium biorą udział w wielu zaawansowanych projektach międzynarodowych. W ramach projektu LOFAR (Low-Frequency Array) radioastronomowie wybudowali, a obecnie obsługują, stację europejskiego interferometru LOFAR w Łazach k/Krakowa. Stanowi ona istotny element międzynarodowej sieci interferometrycznej LOFAR pozwalającej na prowadzenie badań z bezprecedensową czułością i kątową zdolnością rozdzielczą.
Biorą też udział w tworzeniu i opracowywaniu baz danych dotyczących koronalnych wyrzutów materii (KWM) ze Słońca, które mogą prowadzić do burz geomagnetycznych. Towarzyszące im zaburzenia mogą być niebezpieczne dla sztucznych satelitów i powiązanych z nimi nowoczesnych technologii telekomunikacyjnych oraz dla zdrowia i życia ludzi.

Serwery czasu OAUJ są używane przez indywidualnych użytkowników i przedsiębiorstwa, dla których dokładny czas systemów operacyjnych komputerów jest sprawą krytyczną. Są to np. lotniska (Port Lotniczy Gdańsk im. Lecha Wałęsy) czy giełdy towarowe i energetyczne (Enterprise Products Partners, Louisiana, USA).

Na koniec warto też wspomnieć o ogromnym sukcesie, jakim było otrzymanie przez dr. Michała  Drahusa  z Obserwatorium Astronomicznego UJ prestiżowego grantu Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych (European Research Council - ERC) na realizację projektu HYADES, w ramach którego powstanie dedykowany teleskop kosmiczny do obserwacji wodoru i deuteru wokół małych ciał w Układzie Słonecznym.

M.B.: Dziękuję bardzo za rozmowę.