Veliki uspjeh sarajevskog fizičara, u Berlinu potvrđena njegova predviđanja

Teorijska predviđanja profesora Dejana Miloševića s Univerziteta u Sarajevu dobila su eksperimentalnu potvrdu u Berlinu, gdje su istraživači Max Born instituta pokazali kako se pomoću dva usklađena laserska polja može precizno kontrolisati polarizacija svjetlosti. Rezultati istraživanja, u kojem je učestvovao i sarajevski fizičar, objavljeni su u uglednom naučnom časopisu Physical Review Research.

Riječ je o istraživanju koje otvara nove mogućnosti za proučavanje procesa unutar atoma, ponašanja elektrona, strukture molekula i magnetnih osobina materijala. Milošević, profesor na Prirodno-matematičkom fakultetu Univerziteta u Sarajevu i član Akademije nauka i umjetnosti Bosne i Hercegovine, godinama se bavi teorijskim proučavanjem interakcije laserske svjetlosti i materije. Upravo su njegovi raniji proračuni pomogli u objašnjenju rezultata do kojih su došli njemački istraživači.

Naučni rad, objavljen 11. maja 2026. godine, potpisuju istraživači Max Born instituta N. Zhavoronkov i U. Bengs, zajedno s Miloševićem, koji je dao teorijsko objašnjenje eksperimentalnih rezultata.

Od teorijskih proračuna u Sarajevu do eksperimenta u Berlinu

U središtu istraživanja nalazi se ekstremno ultraljubičasto zračenje, poznato pod oznakom XUV, čije je osobine moguće kontrolisati pomoću odgovarajuće kombinacije laserskih polja. Da bi se razumio značaj ovog rezultata, potrebno je objasniti šta se događa kada snažna laserska svjetlost djeluje na atom, prenosi bhfuturesfoundation.org.

Pod djelovanjem laserskog polja elektron može napustiti atom, biti ubrzan, a zatim se vratiti matičnom ionu. Prilikom ponovnog vezivanja oslobađa se energija u obliku fotona, odnosno čestice svjetlosti. Tako nastaje zračenje čija frekvencija može biti višestruko veća od frekvencije početnog lasera. Ovaj proces u fizici je poznat kao generiranje viših harmonika. Može se uporediti s muzičkim tonom koji ima više pratećih tonova, samo što se u ovom slučaju proizvode više frekvencije svjetlosti.

Međutim, za određene naučne eksperimente nije dovoljno proizvesti zračenje odgovarajuće energije. Neophodno je kontrolisati i njegovu polarizaciju, odnosno način na koji se mijenja smjer električnog polja. Kod linearno polarizirane svjetlosti električno polje oscilira duž jednog pravca, dok kod cirkularno polarizirane svjetlosti njegov vrh opisuje krug. Ta rotacija može se odvijati u dva suprotna smjera. Upravo kontrola tog kretanja predstavlja jedno od važnih pitanja kojima se Milošević bavio tokom naučne karijere.

Šta je sarajevski fizičar predvidio još 2000. godine?

Milošević je zajedno s Wilhelmom Beckerom i Richardom Kopoldom još 2000. godine razvio detaljan teorijski opis nastanka cirkularno polariziranih viših harmonika pomoću dva laserska polja različitih frekvencija koja rotiraju u suprotnim smjerovima. Takva kombinacija poznata je kao bicirkularno polje.

Problem koji su istraživači nastojali riješiti odnosi se na kretanje elektrona. Jedno cirkularno polarizirano lasersko polje uglavnom otežava njegov povratak matičnom ionu, dok pažljivo odabrana kombinacija dva polja omogućava putanje koje pogoduju povratku elektrona i emitovanju zračenja. Teorijski modeli pokazali su kako osobine laserskih polja utječu na efikasnost procesa i polarizaciju nastale svjetlosti.

Milošević je 2015. godine dodatno razradio ove modele, proširivši ih na atome s više elektrona. Njegovi proračuni objasnili su zbog čega harmonici jednog smjera cirkularne polarizacije mogu biti intenzivniji od onih koji rotiraju u suprotnom smjeru. Time je otvorena mogućnost proizvodnje zračenja kod kojeg se može postići izraženija željena polarizacija. Pojednostavljeno, teorijski rad omogućio je predviđanje frekvencija svjetlosti koje će nastati u određenim uslovima, kao i smjera rotacije električnog polja koji će prevladavati.

Njemački istraživači potvrdili predviđanja

U eksperimentu provedenom u Berlinu korištena su laserska polja talasnih dužina 1.200 i 400 nanometara, čije su frekvencije u omjeru jedan prema tri. Mijenjanjem intenziteta tih polja istraživači su uspjeli proizvesti spektre u kojima dominiraju harmonici istog smjera rotacije.

Eksperimentalno su provjerena pravila koja određuju pojavu pojedinih harmonika i njihove međusobne intenzitete. Mjerenja su pokazala eliptičnost veću od 0,9, pri čemu vrijednost jedan označava idealnu cirkularnu polarizaciju. Rezultat predstavlja novu potvrdu teorijskih predviđanja i dodatni napredak u mogućnosti kontrolisanja zračenja. Važno je naglasiti da cirkularno polarizirani viši harmonici nisu prvi put proizvedeni u ovom eksperimentu.

Milošević je već 2015. godine bio koautor međunarodnog naučnog rada o generiranju takvog zračenja u području mekih X-zraka. Najnovije istraživanje odnosi se na ekstremno ultraljubičasto zračenje, odnosno XUV, i predstavlja daljnji razvoj i provjeru ranijih teorijskih modela.

Zašto je ovo otkriće važno za nauku?

Mogućnost preciznog upravljanja polarizacijom svjetlosti ima značajnu primjenu u proučavanju materije. Jedno od područja u kojima se takvo zračenje koristi jeste istraživanje kiralnosti molekula. Kiralnost se može objasniti primjerom ljudskih šaka. Lijeva i desna šaka predstavljaju odraze u ogledalu, ali ih nije moguće potpuno preklopiti.

Slične osobine mogu imati i molekule, a cirkularno polarizirana svjetlost omogućava proučavanje procesa koji zavise od tih razlika. Upravo je Milošević u svom radu iz 2015. godine ukazivao na mogućnosti primjene takvog zračenja.

Drugo važno područje odnosi se na istraživanje magnetnih osobina materijala. Raniji međunarodni eksperimenti pokazali su da se pomoću cirkularno polarizirane svjetlosti proizvedene laserskim izvorima mogu mjeriti razlike u apsorpciji zračenja povezane s magnetizmom uzoraka.

Ovakvi rezultati značajni su i za atosekundnu fiziku, područje koje proučava izuzetno brze procese unutar materije. Jedna atosekunda predstavlja milijarditi dio milijarditog dijela sekunde. Svjetlosni impulsi tako kratkog trajanja omogućavaju naučnicima praćenje promjena elektronskih stanja, slično kao što fotografskim aparatom s veoma kratkom ekspozicijom možemo zabilježiti izuzetno brz pokret.

Značaj ovog naučnog područja potvrđen je i Nobelovom nagradom za fiziku 2023. godine, koja je dodijeljena Pierreu Agostiniju, Ferencu Krauszu i Anne L'Huillier za razvoj eksperimentalnih metoda stvaranja atosekundnih svjetlosnih impulsa za proučavanje dinamike elektrona. Razvoj laserskih izvora omogućava i da se određena istraživanja provode u laboratorijama bez korištenja velikih akceleratorskih postrojenja.

Iako je za to i dalje potrebna sofisticirana oprema, takve metode proširuju mogućnosti naučnog proučavanja materije.

Značaj za Univerzitet u Sarajevu i Bosnu i Hercegovinu

U istraživanju objavljenom u časopisu Physical Review Research, uz njemački Max Born institut, navedeni su i Prirodno-matematički fakultet Univerziteta u Sarajevu te Akademija nauka i umjetnosti BiH. Učešće profesora Miloševića pokazuje kako istraživači iz Bosne i Hercegovine mogu doprinositi međunarodnim eksperimentima koji zahtijevaju složenu i skupu naučnu infrastrukturu.

Teorijski modeli, matematički proračuni i računarske simulacije imaju važnu ulogu u objašnjavanju eksperimentalnih rezultata, što omogućava saradnju naučnika iz različitih institucija. Za sarajevski univerzitet značajan je i kontinuitet ovakvih istraživanja. Milošević je osnivač i voditelj naučnoistraživačke grupe Samophys, koja djeluje na Odsjeku za fiziku Prirodno-matematičkog fakulteta i okuplja istraživače iz oblasti atomske, molekularne i optičke fizike.

Rad ove grupe i međunarodna saradnja mogu imati značajnu ulogu u obrazovanju novih naučnika, razvoju doktorskih istraživanja i očuvanju naučnog znanja unutar Univerziteta u Sarajevu. Ovakva istraživanja ukazuju i na važnost dugoročnog ulaganja u naučni rad, računarske resurse te saradnju s međunarodnim laboratorijama.

Ko je profesor Dejan Milošević?

Dejan Milošević rođen je 1959. godine u Sarajevu, gdje je 1981. diplomirao fiziku na Univerzitetu u Sarajevu. Magistrirao je 1986, a doktorirao 1990. godine u Beogradu. Tokom profesionalne karijere radio je i u sarajevskoj kompaniji Zrak, gdje se bavio optičkim dizajnom te razvojem optičkih, laserskih i termovizijskih uređaja.

Redovni član Akademije nauka i umjetnosti Bosne i Hercegovine postao je 2012. godine. Njegov naučni rad prepoznat je i u međunarodnim stručnim krugovima. Međunarodno društvo Optica istaknulo je njegove doprinose teoriji interakcije laserske svjetlosti i materije, atosekundnoj nauci i unapređenju naučnog obrazovanja u Bosni i Hercegovini.

U njegovoj biografiji koju je objavila Optica navodi se i da je tokom opsade Sarajeva nastavio naučna istraživanja. Uz pomoć jedne humanitarne organizacije uspio je poslati naučni rad u stručni časopis, a da je taj rad objavljen saznao je tek nakon završetka rata.

Višedecenijski rad sarajevskog fizičara sada je dobio još jednu eksperimentalnu potvrdu kroz saradnju s istraživačima iz Berlina. Rezultati pokazuju kako se teorijska predviđanja mogu koristiti za precizniju kontrolu svjetlosti i razvoj metoda za proučavanje procesa unutar atoma, uz direktan naučni doprinos istraživača s Univerziteta u Sarajevu.