Historia KL FAMO

Krajowe Laboratorium Fizyki Atomowej i Optycznej jest ogólnopolską międzyuczelnianą jednostką badawczą utworzoną w celu umożliwienia prowadzenia w Polsce doświadczalnych badań na światowym poziomie z zakresu fizyki atomowej, molekularnej i optycznej. W szerszym wymiarze, jego działalność ma służyć wdrażaniu i upowszechnianiu najnowszych technik fotonicznych, rozwijanie badań interdyscyplinarnych ukierunkowanych na zastosowania osiągnięć tych gałęzi fizyki w innych dziedzinach nauki i techniki. Bardzo ważną funkcją Laboratorium jest integracja polskiego środowiska fizyków atomowych, molekularnych i optycznych oraz wzmacnianie jego udziału w europejskiej współpracy naukowej.
(na podstawie Uchwały nr 20 Senatu Uniwersytetu Mikołaja Kopernika z dnia 24.04.2001 r. oraz jej nowelizacji z 2013 r. w sprawie utworzenia Krajowego Laboratorium FAMO).

   Oficjalne otwarcie Krajowego Laboratorium FAMO nastąpiło 10 maja 2002 roku. Poprzedził je kilkuletni okres aktywnej dyskusji i współpracy w środowisku polskich fizyków – specjalistów z dziedziny Fizyki Atomowej, Molekularnej i Optycznej (FAMO).

   Skrót FAMO, utworzony z pierwszych liter nazw kilku działów fizyki, funkcjonuje tradycyjnie jako łączne określenie dla tych gałęzi tej nauki, w których przedmiotami badań są: budowa atomów i cząsteczek oraz właściwości promieniowania elektromagnetycznego. Sugerowany nazwą podział dziedziny ma jednak jedynie umowny charakter. Struktura atomów i cząsteczek odkrywana jest poprzez badanie ich oddziaływania z otoczeniem: innymi cząstkami, polami i promieniowaniem. Własności promieniowania również uwidaczniają się głównie w jego oddziaływaniu z materią. Wzajemne przenikanie się działów wynika również z zastosowania do opisu różnych zjawisk wspólnego „języka” opartego na Teorii Kwantów. Ta, już dzisiaj ponad stuletnia teoria, jest obecnie podstawą dla modelowania mikroświata i zjawisk w nim zachodzących. Potwierdzaniu wniosków z tej teorii poświęca się współcześnie wiele prac eksperymentalnych z zakresu spektroskopii, optyki kwantowej i wielu innych dziedzin. To głębokie zainteresowanie i ożywione działania wynikają z praktycznego znaczenia jakie ich rezultaty okazały się mieć dla każdego z nas. Gwałtowny postęp nauk przyrodniczych, który nastąpił w ostatnich kilkudziesięciu latach zaowocował powstaniem technologii, które niemal natychmiast zostały wykorzystane w praktyce. Doskonałym przykładem kluczowego osiągnięcia są lasery, które w ciągu 50 lat, które upłynęły od momentu zbudowania pierwszego urządzenia tego typu, były w stanie całkowicie zmienić niektóre dziedziny medycyny i techniki oraz stać się nieodłącznym elementem naszego codziennego życia. Nie umniejszając roli innych dziedzin nauki i gałęzi samej fizyki, FAMO ma w tym postępie fundamentalny udział. Skoncentrowana na obiektach podlegających bezpośrednio (kwantowym) prawom mikroświata, FAMO ma wielki potencjał rozwojowy w dążeniu do głębszego zrozumienia tych praw i możliwości ich praktycznego wykorzystania. Rozwój technologiczny, do którego tak znacząco przyczyniły się badania z zakresu fizyki atomowej, molekularnej i optycznej, jej samej przyniósł wiele nowych możliwości i kierunków rozwoju związanych z powstaniem nowoczesnych narzędzi eksperymentalnych i dramatycznym wzrostem mocy obliczeniowej maszyn wykorzystywanych do analizy danych i teoretycznego modelowania układów i zjawisk fizycznych. Nie jest więc zaskoczeniem ciągle niesłabnące zainteresowanie badaniami w zakresie FAMO na świecie, w oczywisty sposób motywowane oczekiwaniami w stosunku do niej, jako źródła tworzenia podstaw do dalszego postępu.

   Na skutek aktualnej trudnej sytuacji ekonomicznej Kraju, rozwój badań z zakresu FAMO w Polsce, szczególnie eksperymentalnych, jest wysoce utrudniony ze względu na ograniczenie możliwości finansowania działalności, które dotknęło całą polską naukę. Wielki ludzki potencjał naukowy jakim dysponuje Polska w dyscyplinach FAMO, nie jest wystarczająco wykorzystany. Grono wybitnych polskich specjalistów ciągle utrzymuje wysoką rangę Polski w środowisku międzynarodowym w tej dziedzinie, jednak polski wkład do najbardziej zaawansowanych prac doświadczalnych ogranicza się coraz bardziej do udziału polskich badaczy w eksperymentach przeprowadzanych w zagranicznych laboratoriach. Podstawową przyczyną tego stanu rzeczy jest szczupłość bazy aparaturowej najwyższej klasy i jej rozproszenie w Kraju.

   Ta trudna sytuacja doprowadziła do powstania idei utworzenia laboratorium na szczeblu ogólnopolskim, w którym zostałaby skoncentrowana część środków przeznaczana dotychczas na unowocześnianie aparatury rozproszonej w wielu ośrodkach. Skupienie środków umożliwia, zdaniem inicjatorów, zbudowanie bazy instrumentów badawczych na poziomie najwyższym nie tylko w skali Kraju, ale porównywalnym z najlepszymi ośrodkami na Świecie. Dostępność takiej bazy w Polsce stwarza warunki do nadrobienia rozwojowych opóźnień badań eksperymentalnych w dyscyplinach FAMO i pełniejsze wykorzystanie potencjału środowiska polskich badaczy poprzez ożywienie wymiany informacji między przedstawicielami różnych ośrodków przy okazji współpracy przy realizacji wspólnych projektów.

   Jednym z kluczowych momentów wprowadzania tej inicjatywy w życie było rozesłanie latem 2000 roku Listu Intencyjnego do rad naukowych instytucji badawczych i rad wydziałów fizyki polskich szkół wyższych, w którym przedstawiciele polskich ośrodków zajmujących się dyscyplinami FAMO zwrócili się z prośbą o poparcie projektu utworzenia KRAJOWEGO LABORATORIUM FIZYKI ATOMOWEJ MOLEKULARNEJ I OPTYCZNEJ. Zaproponowano także lokalizację Laboratorium przy Instytucie Fizyki Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu. Niespełna rok później Senat Uniwersytetu Mikołaja Kopernika podjął formalną uchwałę o utworzeniu Laboratorium.

   Twórcy idei powstania ogólnopolskiego ośrodka eksperymentalnego w dziedzinie FAMO kontynuowali współpracę w celu określenia kierunków rozwoju i priorytetowych obiektów zainteresowania. Sformułowany został Projekt FAMO podsumowujący główne nurty działalności czołowych laboratoriów na świecie oraz potencjał i możliwości polskich ośrodków jeśli chodzi o przyłączenie się do ich grona. Sprecyzowano najbardziej aktualne i istotne problemy badawcze w dziedzinie i ustalono bezpośrednie cele jakie tworzone Krajowe Laboratorium powinno realizować w początkowej fazie funkcjonowania, by polscy uczeni mogli wziąć możliwie najbardziej efektywny udział w ich rozwiązywaniu. Wytyczne te stanowiły także podstawę prac nad wyborem podstawowych elementów wyposażenia dla Laboratorium. Jednocześnie prowadzono bowiem starania o pozyskanie środków na aparaturę naukową. Do Komitetu Badań Naukowych skierowano wniosek o sfinansowanie zakupu kluczowych urządzeń na drodze dotacji inwestycyjnej. Starania te zakończyły się sukcesem – 26 marca 2001 roku zapadła decyzja o przeznaczeniu na ten cel kwoty 6.000.000 zł. Wkrótce potem rozpoczęto rozmowy z dostawcami sprzętu oraz wszczęto procedury zamówień publicznych. Ich realizacja została zakończona w grudniu 2002 roku. W efekcie tych działań Laboratorium dysponuje zestawem urządzeń badawczych wysokiej klasy, w przypadku niektórych z nich – dość unikalnych nawet w skali światowej (na przykład zestaw laserowy o ultra wysokiej rozdzielczości spektralnej).

   Równolegle opracowywano program badawczy, zatytułowany: „Nowoczesne metody fizyki zimnej materii i inżynierii kwantowej”, który został przedstawiony do ogłaszanego przez Komitet Badań Naukowych konkursu na zamawiany projekt badawczy. W dniu 12 grudnia 2001 roku podjęta została decyzja o przyznaniu zespołowi badaczy pochodzących głównie z trzech ośrodków naukowych: Uniwersytetu Warszawskiego, Politechniki Poznańskiej oraz Uniwersytetu Jagiellońskiego, środków w wysokości 2.465.000 zł, na jego realizację w Krajowym Laboratorium FAMO. Projekt jest podzielony na trzy niezależne tematy:

• Inżynieria stanów kwantowych – sterowanie kwantowe i generacja stanów splątanych fotonów i atomów (prace kierowane przez prof. dr hab. Czesława Radzewicza)
• Badania małych zespołów jonów w pułapkach oraz detekcja i spektroskopia pojedynczych atomów i molekuł (prace kierowane przez prof. dr hab. Ewę Stachowską)
• Optyczne badania atomów i molekuł w zakresie od nanokelwinów do milikelwinów, stworzenie warunków do wytwarzania i badania kondensatów Bosego-Einsteina (pracami kieruje prof. dr hab. Wojciech Gawlik)

   Realizacja grantu zamawianego została zakończona w 2005 r.

   Decyzją Komitetu Badań Naukowych z dnia 4 marca 2005 roku przyznana została Laboratorium dotacja celowa na dofinansowanie kosztów realizacji inwestycji aparaturowej pn. „Układy aktywnej stabilizacji do laserów półprzewodnikowych”, dzięki której rozbudowany został system laserów w układzie do badań niewielkich zespołów jonów w pułapce Paula.

   Kolejny projekt inwestycyjny Laboratorium skierowany w 2006 roku do Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego został również rozpatrzony pozytywnie: decyzją z dnia 27 listopada przyznana została kwota 1.331 tys. zł z przeznaczeniem na finansowanie kosztów zakupu aparatury naukowo-badawczej:
do wytwarzania i detekcji pojedynczych fotonów z rozdzielczością przestrzenną i widmową,
rozbudowę układu eksperymentalnego do chłodzenia i pułapkowania atomów.

   Niezaprzeczalnie wielkim sukcesem Laboratorium było doprowadzenie w dniu 2 marca 2007 roku do kondensacji atomów rubidu przez zespół fizyków kierowanych przez prof. Wojciecha Gawlika z Uniwersytetu Jagiellońskiego. W wyniku kilkuletnich wysiłków polskie Krajowe Laboratorium FAMO dołączyło do światowej czołówki placówek prowadzących najbardziej zaawansowane doświadczenia nad ultra-zimną materią.