„A fi cadru didactic la nivel universitar este o mare responsabilitate pentru că, direct sau indirect, influențezi destinele unor tineri” – interviu cu lect. univ. dr. Mihaela Pârvu

Câștigătoare a premiului pentru cea mai bună teză de doctorat în domeniul Științelor Exacte și Inginerie în cadrul celei de–a șasea Gale a Premiilor Senatului, desfășurată la finalul anului 2022, lect. univ. dr. Mihaela Pârvu îmbină în prezent cercetarea științifică cu activitatea didactică, fiind cadru didactic la Facultatea de Fizică a Universității din București.

Lucrarea câștigătoare, “Radioactive Background Studies and Exotic Processes in Liquid Detectors”, a fost realizată sub coordonarea prof. univ. dr. Ionel Lazanu de la Facultatea de Fizică a UB, un reputat specialist care are ca domenii de interes științific interacția radiației cu materia și procese de detecție, fizica particulelor și cosmologia, precum și fizica neutrinilor.

Despre provocările din spatele redactării unei lucrări de doctorat cu o temă complexă, de actualitate, despre pasiunea pentru un domeniu care presupune muncă constantă, precum și despre ambițiile și planurile de viitor în cercetare, ne vorbește chiar lect. univ. dr. Mihaela Pârvu.

Reporter: Ați câștigat, în cadrul celei de-a șasea ediții a Premiilor Senatului Universității din București, distincția pentru „Cea mai bună lucrare de doctorat” în domeniul Științelor Exacte și Inginerie. Ce v-a motivat să participați la această competiție și ce a însemnat pentru dumneavoastră obținerea acestui premiu?

Mihaela Pârvu: Am reușit să finalizez teza de doctorat exact în cei trei ani, perioadă în care am publicat mai multe articole în reviste de mare prestigiu din acest domeniu al fizicii. Fizica neutrinilor presupune experimente extrem de complexe cu fascicule accelerate, cu sisteme de detectori la frontiera cunoașterii actuale, de dimensiuni cu totul impresionante, în care fizica propriu-zisă înseamnă fizica particulelor, fizica nucleară și astroparticule, atât din punct de vedere experimental, cât și din punct de vedere fenomenologic. În paralel, am desfășurat și activități didactice, fiind angajată ca asistent universitar cu normă întreagă. În acord cu criteriile prezente, rezultatele mele, „din punct de vedere matematic”, erau superioare calificativului excelent. La susținerea publică, referenții oficiali, toți personalități marcante din domeniu, dintre care doi din străinătate, au avut aprecieri mai mult decât favorabile despre teză. În discuțiile avute cu conducătorul de doctorat, a apărut ideea că aceste rezultate ar trebui să ajungă să fie cunoscute și dincolo de cadrul strict al revistelor științifice sau al grupului de lucru din colaborare și astfel a apărut ideea participării la această competiție.

R.: Cercetarea dumneavoastră, “Radioactive Background Studies and Exotic Processes in Liquid Detectors” a fost coordonată de prof. univ. dr. Ionel Lazanu, un reputat specialist care are ca domenii de interes științific interacția radiației cu materia și procese de detecție, fizica particulelor și cosmologia, precum și fizica neutrinilor. Cum a decurs colaborarea cu dumnealui?

M.P.: Am început să lucrez cu domnul profesor Lazanu încă din anul al doilea de licență, în vederea elaborării lucrării de diplomă. Începute ca niște studii în sine, de măsurare a unor componente de fond din radiația cosmică, în particular niște particule numite miuoni, ulterior aceste studii au fost orientate treptat spre o țintă mult mai precisă. Grupul condus de domnul profesor Lazanu lucra de mai mulți ani în fizica neutrinilor, domeniu în care procesele studiate sunt foarte rare și cunoașterea cât mai bună a fondului radioactiv este esențială. Studiile experimentale în această direcție au fost realizate la „Centrul European pentru Cercetări Nucleare” (CERN), folosind denumirea consacrată, care se află la Geneva. Universitatea din București era membră în unul dintre experimente și, atunci când am devenit studentă la master, am fost inclusă în acest colectiv de cercetare. Am fost atrasă de aceste subiecte și acesta a fost motivul pentru care am continuat munca de cercetare pe durata masteratului și pe parcursul celor trei ani de doctorat, în aceeași tematică, elaborând succesiv lucrarea de disertație și teza de doctorat.

R: Care a fost motivația alegerii temei? Având în vedere că este un studiu complex, interdisciplinar, luați în calcul posibilitatea dezvoltării acestei lucrări?

M.P.: În fapt, teza mea de doctorat tratează două aspecte distincte, dar indisolubil legate între ele:

1. Analiza și investigarea detaliată a fondului radioactiv de interes pentru experimentele care folosesc argonul ca țintă și detector “Deep Underground Neutrino Experiment” (DUNE), cu ajutorul mai multor coduri de calcul pentru a estima mărimile de interes înainte de construcția propriu-zisă;
2. Dezvoltarea a două modele fenomenologice care prezic existența unor particule ipotetice candidate pentru fizica deasupra modelului standard (“Beyond the Standard Model Physics”), ale căror interacții ar fi posibile în volumul sensibil de argon lichid: micro-găuri negre și strangelets.

Da, subiectul tezei a fost unul complex, greu, dar care m-a format ca fizician – sper eu, cât mai complet, cu o deschidere științifică largă. Mi-a dezvoltat un sistem de analiză riguros a fenomenelor, interpretarea bazată numai pe argumente și, nu în ultimul rând, mi-a împins limitele creativității.

Pentru a ajunge la rezultatele acestei teze, în spate se ascunde multă documentare, învățare și înțelegerea unor teorii moderne, foarte multă învățare de utilizare a codurilor de calcul acceptate în domeniu și adaptarea lor pentru cerințele concrete ale studiilor noastre, dar și o parte care nu a fost introdusă explicit în teza de lucru efectiv la CERN, în partea de construcție a unor componente ale detectorului. Am fost acolo, în câteva perioade de stagiu, din motive financiare, nu prea lungi. Contractele pe care le avem sunt, din păcate, cu sume destul de mici. În plus, perioada la care mă refer s-a suprapus cu pandemia, care ne-a schimbat toate planurile.

Fenomenele pe care am ales sa le studiez sunt de mare interes, iar acest lucru înseamnă ca sunt și foarte concurențiale. Asta a presupus obținerea unor rezultate originale, care sa fie acceptate de reviste de prestigiu, în condițiile în care, pe plan internațional, există un număr mare de fizicieni preocupați de probleme similare. De exemplu, Universitatea din București, prin grupul coordonat de domnul profesor Lazanu, grup din care fac parte, este singura instituție din România care face parte din colaborarea internațională DUNE, în care sunt incluse aproximativ 1300 de cercetători din peste patruzeci de instituții de pe patru continente.

R: Când ați început să lucrați la teză, cât de mult timp a necesitat documentarea, munca de laborator și ce dificultăți ați întâmpinat?

M.P.: Așa cum am menționat anterior, lucrarea de licență, disertația si teza de doctorat au fost una în continuarea celeilalte. Acesta a fost un mare avantaj. Atmosfera din grup este una efectiv dedicată fizicii. Domnul profesor încearcă sa fie la curent cu tot ce se întâmplă științific pe plan internațional și transmite aceste idei. De aceea, nu se poate vorbi de o împărțire a timpului pe documentare, muncă de laborator, lucrat la articole etc. Sigur, o problemă specifică muncii de cadru didactic este cea a activităților didactice propriu-zise și a faptului ca aceasta este o muncă tot foarte importantă, care necesită un consum intelectual important și, în același timp, trebuie să avem cât mai multă disponibilitate pentru studenți, pentru că viitorul lor e responsabilitatea noastră. Și există și o componentă de viață personală pentru fiecare dintre noi.

R: Ce metode de cercetare ați folosit, având în vedere că aveți în cuprins un număr însemnat de suporturi grafice? Cum a reușit un doctorand să aibă acces la astfel de tehnologii de ultimă generație, folosite cu precădere în proiecte de cercetare internaționale, susținute financiar prin granturi? Care este gradul de certitudine pe care-l oferă în ceea ce privește informațiile furnizate?

M.P.: Accesul meu ca doctorand la experimente de top la nivel internațional care lucrează cu tehnologii de vârf este rezultatul viziunii și modului cum înțelege domnul profesor Lazanu să contribuie la cercetările de azi și creditul pe care îl acorda studenților. Să știți că granturile câștigate nu sunt mari, dar dânsul încearcă sa cheltuiască cat mai chibzuit aceste sume.

Codurile de calcul și programele de simulare pe care le-am utilizat în teză nu necesită obținerea unor licențe contra cost. Modelele de fizica din spatele acestor coduri sunt dezvoltate în permanență, astfel încât rezultatele estimate sa fie în concordanță cu rezultatele experimentale, ceea ce duce la un grad de certitudine ridicat.

R: Care sunt concluziile cercetării dvs. și în ce fel impactează studiile în domeniu? Ce deschidere există spre acest domeniu în spațiul românesc, dar și în cel internațional, și cum ați putea explica pentru publicul larg posibilele aplicații ale acestei cercetări?

M.P.: Fizica, în cercetările din microcosmosul particulelor elementare, domeniu în care mi-am făcut doctoratul și am ajuns sa am o expertiză, s-a dezvoltat imens în ultimii zeci de ani, dar pentru a realiza, detecta, analiza și interpreta rezultatele, are nevoie de un potențial științific și tehnologic uriaș, care are ca și consecința faptul ca multe dintre experimente depășesc potențialele financiare și tehnologice ale unei singure țări și atunci, singura cale posibilă este cea a colaborărilor internaționale. Problema este că toți trebuie să înțelegem că aceste colaborări înseamnă ca toți participanții să contribuie atât științific, cât și financiar – cu aporturi considerabile la atingerea scopurilor propuse. Aparent, aceste cercetări nu sunt de interes pentru marele public. În fapt, este fals. Multe dintre tehnologiile noastre legate de sistemele de detecție sunt deja utilizate în fizica medicală în sisteme de tratamente pentru cancer sau în investigații de mare precizie. Așa că investițiile societății în aceste studii se întorc tot înspre societate.

R: Ce v-a apropiat de acest domeniu? Care sunt acei profesori care v-au marcat în mod deosebit în timpul studiilor și în ce mod au contribuit aceștia la evoluția dumneavoastră profesională și personală?

M.P.: Pasiunea mea pentru acest domeniu fascinant a apărut încă din anul al doilea de licența, odată cu începerea cursurilor și laboratoarelor de fizica nucleară. Domnul profesor Octavian Sima și doamna conferențiar Oana Ristea au jucat un mare rol în acest sens, datorită pasiunii, seriozității și entuziasmului pe care le-am văzut la dânșii. De asemenea, domnului profesor Alexandru Jipa a dat dovada de înțelegere și susținere pe toată perioada. Desigur, cel mai important în toată această etapă a fost domnul profesor Lazanu, care m-a coordonat în toate etapele de finalizare a studiilor, arătându-mi ce înseamnă cu adevărat pasiunea și dedicarea pentru știință.

R.: Ce ați recomanda unui viitor student al Facultății de Fizică? Ce v-ar fi plăcut să știți înainte să urmați această facultate?

M.P.: I-aș spune că fizica este regina științelor și este o știință a naturii. Dar pentru a o înțelege și a obține rezultate, este nevoie de o munca consecventă, cu creion și hârtie, să citești, să descifrezi, să înțelegi căutând în multe locuri, să fixezi acele cunoștințe și să le consolidezi prin aplicații numerice. Legile fizicii sunt niște transpuneri simplificate ale naturii prin intermediul aparatului matematic și, pentru a fi fizician, trebuie să îți formezi și capacitatea de a evalua cantitativ rezultatele pe care le obții. De asemenea, activitatea de cercetare presupune învățare continuă, așa că nu se va plictisi niciodată, iar contrar părerilor majoritare, munca de cercetător nu constă în a sta închis într-un laborator, ci, din contra, presupune colaborare cu alte persoane din domeniu și lucrul în echipă.

Eu mi-am dorit să studiez Fizica de când eram copil și nu am regretat în niciun moment alegerea făcută.

R.: Ce ne puteți povesti despre traseul dvs. profesional de după finalizarea lucrării de doctorat? Aveți în plan să urmați și studii postdoctorale? Care sunt cele mai importante proiecte la care lucrați în prezent?

M.P.: Studiile de doctorat reprezintă o etapă firească pentru oricine își dorește sa urmeze o carieră în cercetare sau o cariera didactică la nivel universitar. După finalizarea doctoratului, am continuat să dezvolt direcțiile prezentate în teză, iar în prezent lucrez alături de două grupuri internaționale de cercetători în două tematici aparent distincte, dar care, în fapt, sunt interconectate.

Detectorul DUNE va consta, de fapt, în patru module distincte de detecție, fiecare având un volum activ de 10.000 de tone de argon lichid. Au dimensiuni greu de imaginat. Primele două module cu o tehnologie de cameră cu proiecție temporală sunt deja în stadiu de construcție și se dorește finalizarea acestora până în anul 2030. Pentru a crește capabilitatea detectorului de punere în evidență a evenimentelor rare, cum ar fi neutrinii proveniți din explozia supernovelor, dar și punerea în evidență a materiei întunecate sau a dezintegrării protonului, colaborarea încearcă să găsească noi idei pentru a crește sensibilitatea detectorului și pentru a micșora fondul radioactiv care afectează identificarea evenimentelor de interes.

Am efectuat un studiu în această direcție, alături de un grup restrâns din cadrul colaborării, studiu materializat printr-un articol publicat în anul 2023. Această lucrare propune un detector cu o sensibilitate mai crescută la fenomene de fizică la energii joase, care să fie utilizat în experimentul DUNE, pentru modulul trei sau patru. Fenomenele luate în considerare sunt detecția neutrinilor solari și a neutrinilor proveniți din explozia supernovelor, căutarea de dezintegrare beta dublă fără emisie de neutrini prin doparea volumului activ cu xenon, detecția materiei întunecate și a particulelor exotice care ar pune în evidență existența fizicii deasupra modelului standard.

O altă direcție de studiu se referă la înțelegerea ratei de producție a neutronilor prin reacția nucleară de tip (α, n) de foarte mare interes în multe domenii ale fizicii, cum ar fi căutarea materiei întunecate, studiile proprietăților neutrinilor și astrofizică nucleară (înțelegerea mecanismelor de formare a elementelor grele în stele). Acest studiu analizează secțiunile eficace de interacțiune a particulelor α provenite din dezintegrările elementelor grele din interiorul scoarței terestre (uraniu, thoriu) cu diverse elemente de interes pentru domeniile menționate, randamentul de producere a neutronilor în urma acestor reacții nucleare, a spectrelor energetice ale neutronilor generați și a radiației γ corelate. Pe lângă aceste aspecte, încercăm să venim cu idei noi pentru măsurarea secțiunilor eficace (α, n) pentru o gamă largă de materiale de interes. Scopul acestui studiu este de a reduce incertitudinea în sensibilitatea experimentelor de fizică actuale, care efectuează măsurători în intervalul keV-MeV.

R.: Începând cu cel de-al II-lea an de doctorat, ați fost angajată ca asistent universitar pe durată determinată cu normă întreagă în cadrul Departamentului de Structura Materiei, Fizica Atmosferei și a Pământului, Astrofizică, astfel încât, pe lângă programul de doctorat ați avut atribuţii didactice pe care le-ați îndeplinit cu multă conştiinciozitate și profesionalism. Cum ați caracteriza această perioadă, interacțiunea cu studenții?

M.P.: Dacă fizica m-a atras din adolescență, vă spun sincer că, până la momentul începerii doctoratului, nu luasem în considerare posibilitatea unei cariere cu o componentă didactică, eu fiind o fire emotivă. Se pare că profesorii cu care am interacționat, având o mare experiență, au observat la mine calități pe care nu mi le cunoșteam și pe care le-am descoperit cu aceasta ocazie. A fi cadru didactic la nivel universitar este o mare responsabilitate pentru că, direct sau indirect, influențezi destinele unor tineri. De asemenea, această profesie presupune atât activitate didactică, cât și de cercetare. Fiecare ora predată ascunde alte ore de pregătire. Pe de alta parte, cercetarea este o activitate care nu se face cu program fix. Sigur, presupune măsurători, documentare, aprofundarea unor teorii, care între niște limite pot fi asociate cu un program, dar frământările pentru găsirea unor răspunsuri, pentru înțelegerea unor rezultate, nu încetează odată cu ieșirea din clădirea facultății. Acestea sunt aspecte fundamentale actului de creație științifică. Acum toate aceste aspecte mi se par naturale, dar la început nu a fost așa. Și asta face parte din procesul de învățare!