Atomfizikusok a lepkegyűjtők nyomában

 

Az atomok lokalizálása régóta álma a tudósoknak, de csak az elmúlt évtizedekben sikerült a lépre csalás. A hazai tudománynak ezen a területen sincs szégyellnivalója, sőt a fiatal magyar kutatók - köztük Domokos Péter - eredeti elképzeléseikkel, kutatásaikkal a nemzetközi tudóstársadalmat is lenyűgözték. A harmincas éveinek elejét taposó atomfizikust Kroó Norbert, a Magyar Tudományos Akadémia főtitkára faggatta arról, hogyan szelídíthetőek az atomok.

Domokos Péter és Kroó Norbert

Minden nap újabb és újabb izgalmakat találok a szakmámban - indította a beszélgetést rövid ars poetica-val Kroó Norbert, az MTA főtitkára, miután Fábri György, a tudósszervezet kommunikációs igazgatója áttekintést adott a Mindentudás-programokról, és bemutatta az est beszélgető párosát az A38 állóhajó koncerttermébe zsúfolódott közönségnek.
- Amit Domokos Péter el fog majd mondani saját munkájáról, abban is újabb és újabb izgalmak sorakoznak - folytatta a gondolatot az akadémikus, majd röviden bemutatta ifjú tudós kollégáját, aki doktori fokozatát a legmagasabb minősítéssel szerezte az ELTE-n és az Ecole Normale Supérieure-ön. Bolyai- és köztársasági ösztöndíja mellett elnyerte a Soros Alapítvány támogatását, megkapta az Európai Unió Marie Curie-ösztöndíját, a Talentum elismerést, illetve idén átvehette az MTA fizika-díját is.
- Harmincnégy évesen ennyi talán elég is - zárta rövidre a felvezetést Kroó professzor, és átadta a szót Domokos Péternek.
- Kezdjük rögtön a címmel, s annak is a legizgalmasabb szavával, a "szelídít"-tel. Egy hasonlattal szeretném megvilágítani, miről is van szó a legújabb kutatásokban, illetve mire gondolt Kroó Norbert, amikor "újabb izgalmak"-ról beszélt - vágott a közepébe a fiatal tudós. Mint mondta: a szóban forgó kutatás célját a legegyszerűbben egy lepkegyűjtő munkájához lehetne hasonlítani. Az ilyen kutató kimegy a rétre, ahol repkednek a lepkék; amelyikre valamiért kíváncsi, azt elkapja. Hazamegy, gombostűre tűzi valamennyit, aztán naphosszat nézi a tablóját. Az atomkutató is valami hasonlót tesz, csak nem lepkékkel, hanem atomokkal.
- Az atomfizikus is megpróbálja ezeket elkapni, de nem akarja gombostűre tűzni, megölni őket - ezt inkább a magfizikusok teszik, akik neutronokkal bombázzák az atomokat - jegyezte meg némi iróniával Domokos Péter. Az atomfizikusok célja, hogy lokalizálják, majd minél hosszabb ideig megfigyeljék az atomokat, hogy a tulajdonságaikat egyre behatóbban lehessen megismerni. Az 1920-as években, amikor kitalálták a kvantummechanikát és az atomi szintű világot leíró, az atomi mozgás törvényeit lefektető elméletet, hiú ábrándnak tűnt, hogy "gombostűre tűzzük" az atomokat. De mivel akkoriban a tudomány nyelve a német volt, az "elképzelhetetlennek" vélt elképzeléseket a "gedanken" /gondolatkísérlet/ szóval jellemezték. Néhány éve azonban mindez valósággá vált: a 2000-es évek elejétől a tudományos eszköztár lehetővé teszi az atomok egyesével történő megfigyelését.
- Hosszabb ideig tudjuk vizsgálni őket, mint ahogy a zoológus nézi a lepkét - fogalmazott Domokos Péter, kitérve az atomok élettartamára. Elmondta, hogy az atomi világban az időskálák sokkal rövidebbek. - Ha egy kerek szekundumig nézek egy atomot, ez jóval túlmutat egy zoológus élethosszán - nyomatékosított a fizikus.
- Ezzel beléptünk egy új korszakba, amelyet valaki humorosan úgy kommentált, hogy a gondolatkísérletek helyett beszéljünk a gondolattechnológiáról. Valóban, most már olyan gépekről álmodhatunk, amelyeket nem fogaskerekek és elektromos vezetékek, hanem atomok működtetnek - hangsúlyozta Domokos Péter, aki a beszélgetés címére utalva azt is hozzátette: ezzel tulajdonképpen nemcsak megszelídítettük az atomokat, hanem bánni is megtanultunk velük.
- Érdemes beszélni arról, miért volt ez ilyen nehéz? - tette fel a költői kérdést a fiatal kutató, mire Kroó Norbert átvette a szót, és azt firtatta, hogyan lehet(ett) megregulázni az atomokat, amelyeknek mozgása köztudottan rendetlen, kiszámíthatatlan.
- Az 1920-as években ez volt a fő nehézség - reflektált Domokos Péter, kiegészítve annyival, hogy ráadásul az atomok rendkívül nagy sebességgel száguldoznak. Szobahőmérsékleten egy atom 300 m/s-al, nagyjából 1000 km/h sebességgel halad. A fiatal tudós az atomok mozgásának problematikáját a kivetítőn megjelenő ábrák segítségével illusztrálta. Kiderült, hogy mivel a sebesség összefügg a hőmérséklettel, különböző hűtési megoldásokkal egy-egy atomot lokalizálni lehet.
- Viszont azt mindenki tudja, hogy hűteni sokkal nehezebb, mint fűteni. Ráadásul, ha le is megyünk az abszolút nullához képest 70 Kelvin fokra, a nitrogén, a légkör leggyakoribb összetevője is cseppfolyóssá válik. Ez azt jelenti, hogy alig marad gáz, de az atomok sebessége még mindig nagyon nagy - világította meg a problémát Domokos Péter. Kitért arra is, hogy az univerzumban ismert legkisebb, "magától létező" hőmérséklet három Kelvin fok, amelynél már a hélium is cseppfolyóssá válik. Ezen a hőmérsékleten - ha nem találkoznak a héliumatomok és nem alakul ki a kondenzáció, vagyis az a fázisátalakulás, amikor a gázból folyadék lesz - az atomok sebessége még mindig 90 m/s, háromszáz km/h, azaz egy Forma 1-es versenyautó maximális teljesítményével egyenlő, így a tudósok még mindig nem tudnak velük mit kezdeni.