ERR Novaator uuris Tartu ülikooli füüsikalise optika vanemteadurilt Heli Luknerilt, mis teda füüsika juures köidab.

„Arvan, et keskkooli lõppedes oleme kõik nõutud. Mis nüüd edasi? Meil on mingeid soove ja mõtteid. Kuid nagu ikka, need noorepõlve arusaamised on natuke võibolla naiivsed,“meenutas Lukner keskkooli lõpetamisele järgnenud aega. Nõnda oli lisaks füüsikale toona muu hulgas kaalukausil arhitektuur – majad on ju väljast nii põnevad – ja ettevõtlus – samuti väga huvitav. Samal ajal tõotasid kiiret ja hõlpsat elu juhtimine ning juura.

„Seal ma siin mõtlesin, et kas ma valin midagi, mis mulle kohe huvi pakub ja vaatan, mis edasi saab, või valin midagi, mis viib sind väidetavalt ruttu heale järjele, Otsustasin valida selle järgi, mis mulle endale meeldib ja vaadata, mis elu toob. Tagantjärele ma arvan, et see on hea valik, sest mu töö paneb mu silma tänase päevani silma särama,“ lisas Lukner. Keskset rolli mängib seejuures Lukneri jaoks võimalus rakendada oma loovust.

„Inimese õppimisel ja uue info omandamisel on mitu erinevat taset. Teada saamisele järgneb sügavam mõistmine ning rakendamine ja analüüsimine. Viimaks selle peale uue sünteesimine. Sageli heidutabki vist inimesi ära see, et täppisteaduse ainetes peab väga palju teadma. See tundubki nende jaoks kuidagi tuim ja sunnitud, kuid see on uue teadmise ja väärtuse loomise eelduseks,“ mõtiskles vanemteadur.

Krõbedast bakalaureusetööst loovuse rakendamiseni
Lukner märgib, et üsna krõbe ja teoreetiline oli ka tema enda bakalaureusetöö. Sealt edasi läks järjest huvitavamaks. Aastal 2010 kaitses Lukner doktoritööd „Superluminaalselt levivad lokaliseeritud valgusimpulsid“. Pealkirjale vastavalt käsitles see uute ja huvitavate omadustega valgusimpulsse, mille rühmakiirus ületab valguse kiirust. Pikka aega peeti nn valguskuulikeste valmistamist üleüldse võimatuks või vaid teoreetikute pärusmaaks.

1990. aastate keskpaigas suutsid aga Lukneri tulevased kolleegid Peeter Saari ja Kaido Reivelt näidata, et see on siiski võimalik. Vanemteadur võrdleb valguskuule lillekimbuga. „Tavapärase valguskiire ehk Gaussi kimbu puhul võime mõelda alt kitseneva lillebuketi peale. Lillevarsi võib kujutada siis ühest punktist lähtuva valgusekiire suunana – me nimetame seda vektoriks. Pika maa peal koos püsiva valguskuuli saamiseks peame need keskmised lilled ära võtma. Välimistel lilledel oleks kõigil kaugus tsentrist ühesugune,“ selgitas Lukner.

Kuigi Lukneri uuritud valguskuule nimetatakse superluminaalseteks ehk üle valguse kiiruse liikuvateks, levib energia tegelikult ikka valguse kiirusega. „Kuid see muster, mis moodustub, levib kiiremini. Mingit vastuolu erirelatiivsusteooriaga siin tegelikult pole,“ laiendas vanemteadur.

Lukneri huviorbiiti jäävatel valguskiirtel on ka teisi esmapilgul eriskummalisi omadusi. Näiteks Besseli kimbud näivad eiravat kõiki laineprotsesse saatvat difraktsiooni. Nõelpeenjad kimbud jäävad levikul peenemaks kui ükski tavaline laserkiir.

„Öeldakse, et need kimbud peaaegu ei difrageeru. Tegelikult teevad need seda siiski. Lihtsalt difraktsioon avaldub seda tugevamalt, mida väiksem on see täpp, kuhu seda koondatakse,“ sõnas füüsik. Besseli kimpudes otsest tugevat koondumist pole, selle asemel näevad inimesed neid pildile püüdes lainete liitumise mustrit, mille kõige keskmine täpp on võrreldes teistega äärmiselt intensiivne.

Sellegipoolest on tegu reaalse nähtusega. „Kui teha näiteks pikast valgest valgusest üks ülilühikene impulss, siis sinna on energia koondunud ja võib lõigata paberisse augu või panna selle põlema,“ tõi Lukner näite.

Kõige lihtsamaid ühevärvilisi valgukoonuseid kasutatakse juba küllaltki laialdaselt. „Nendega saab kirjutada ainesse lainejuhte ja jätta igasuguseid jälgi või teha osakeste mikroskoopiat või juhtida selles kimbus mingisuguseid kindlaid osakesi, näiteks teha optilisi pinsette. Vajadus kõiksuguste spetsiifiliste väljade järele ühe kasvab. Siit me võimegi öelda, et optika on justkui selline täppistööriist väga paljudes valdkondades, meditsiinist materjalide lõikamise ja mistahes asjadeni välja,“ märkis vanemteadur.

Uued väljakutsed
Ülilühikeste valgusimpulsside uurimine on jäänud Lukneri teadustöö fookuseks tänaseni, viies ta viimastel aastatel Saksamaal asuva Max Plancki valguse instituuti. „Olen tegelenud ühest hästi huvitavast valguskiust välja tulevate ülilühikeste valgusimpulssidega. Numbrilised arvutused näitavad, et nende kestvus on umbes üks optiline võnge. Minu ülesanne oli proovida mõõta, kas need valgusimpulsid on tõesti paari femtosekundi pikkused ja kas need tekivad ka ultraviolett valguse piirkonnas,“ selgitas vanemteadur.

Võrdluseks, kui kolm femtosekundit kestaks sama pikalt kui fotoaparaadi välk, siis kestaks fotoaparaadi välk kümmekond aastat. Väljakutsele vaatamata võib Lukneri sõnul öelda, et töö kandis vilja. „Minu ülikeeruline mõõteseade suutis neid signaale mõõta, kuid lõpuks oli probleem signaalides endis. Päris õiget laserkiirt välja andvad laserid on väga jonnakad. Nüüd on vaja numbriliselt välja arvutada see väli, mis sellest optilisest kiust välja tuli, ja võrrelda, kas minu mõõdetud pikkused lähevad sellega kokku,“ laiendas füüsik.

Naised teaduses
Juulis märkis Seolis toimunud rahvusvahelisel teadusajakirjanike konverentsil nobelist Tim Hunt, kes märkis poolnaljatades, et „tüdrukute“ „laboris viibimise ajal juhtub kolm asja: sa armud nendesse, nemad armuvad sinusse ja kui sa neid kritiseerid, hakkavad nad nutma“. Ütlus tekitas sotsiaalmeedias pahameeletormi. Sellele vaatamata on lääneriikides tehtud küsimused viidanud, et suurema osa inimeste arvates pole endiselt naistel ja meestel STEM-erialadel läbi löömiseks võrdseid eeldusi.

Lukner märgib, et eelarvamused tulenevad sageli varasema kokkupuute puudumisest ja teadlaskonnasiseselt muudetakse oma seisukohta altilt. „Kui alguses on ka natukene eelarvamusi, et naisterahvas ja näeb nii noor välja – too palun kohvi – siis pärast viit minutit vestlust on need hajunud. See on inimeste enda peades kinni ja läheb kiiresti üle. Kellel on mingi probleem, see on tema enda probleem,“ laiendas füüsik.

Kindlasti ei jää tippteadusesse jõudnud naised oma erialase oskuse poolest meestele alla. „Pigem on vastupidi. Kui need on naised on seal teaduses, siis peavad nad olema midagi rohkemat,“ lisas Lukner.

Naiste alaesindatuse ühe põhjusena näeb Lukne teaduse konkurentsitihedust. „Sa pead kandideerima ühele finatseeringule-teisele-kolmandale. Siin võibolla lihtsalt naised leiavad sagedamini, et neil on targemat ka teha. Kuid ma usun, et see kõrvalpilk – mõnes mõttes on meestel ja naistel sageli teine loogika – rikastab. Mida võrdsem (meeste ja naiste) osakaal on, seda parem,“ mõtiskles füüsik.

Täispikas intervjuus räägib Heli Lukner, milleks laserivalgust kasutatakse ja miks tänavatel laserrelvi ei näe.