A gravitációs hullámok vonzásában

Debrecen - Debreceni kutatók is részesei a világra szóló tudományos eredménynek.

Az USA Nemzeti Tudományos Alapítványa (NSF) idén február 11-én jelentette be hivatalosan Washingtonban, hogy 2015. szeptember 14-én (magyar idő szerint) 10:50:45-kor sikerült először közvetlenül észlelni gravitációs hullámokat. Évszázada várt esemény ez: Albert Einstein 1915-ben fogalmazta meg végső formájában az általános relativitás elméletét, melynek alapján egy évvel később megjósolta a téridő görbületének hullám formájában történő terjedését. Ez a fénysebességgel terjedő hatás előre irányban összehúzza, rá merőlegesen megnyújtja a teret.

A világmindenség hatalmas tömegátrendeződései váltják ki a jelenséget: például szupernova-robbanás, vagy kettős csillagok egymás körüli keringése, „bespirálozódása”, majd egyesülése. Most az utóbbi eseményt figyelték meg, melynek résztvevői a 29 és 36 naptömegű („nem igazán nagyméretű”) fekete lyukak voltak. Az ilyen párok létének bizonyítása önmagában is újdonság! Az egyszerű összegnek megfelelő 65 helyett csak 62 egységnyi anyag maradt az egyesülést követően, vagyis 3 naptömegnek megfelelő borzalmas mennyiségű energiát sugároztak el gravitációs hullámok formájában – amire nem volt még példa. Ez majdnem 5000-szerese annak, amit a Nap bocsát ki egész élete (10 milliárd év) során! Az esemény tőlünk 1,3 milliárd fé nyév távolságra, vagyis időben 1,3 milliárd évvel ezelőtt történt! Évmilliókig békésen kerülgették egymást a fekete lyukak, majd a másodperc törtrésze alatt egyesültek. Hiába nagy az energia, az irdatlan távolság miatt hatása szinte érzékelhetetlen (volt eddig). Nobel-díjas eredmények?

Csodagép

Az észlelő berendezés a tudomány és a műszaki alkotás csodája, a LIGO nevű kétkarú interferométer: Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, azaz Lézer-interferométeres Gravitációs Hullám Obszervatórium. A laboratóriumi méretekhez szokott fizikus-optikus legfeljebb méteres hosszakra gondol, míg itt az L alakú elrendezés, az úgynevezett Michelson-interferométer merőleges karjainak hossza 4-4 kilométer! Ebből kettőt építettek (Hanford, Livingston) egymástól 3 ezer kilométer távolságra, aminek 0,01 másodperc időkülönbséget kell adnia a jelek között.

Pontos fényvezetés, földrezgések és egyéb hatások kiküszöbölése a tükrök irányban tartásához, nagy lézerteljesítmény, hihetetlenül kicsiny elmozdulások (hidrogén atommag átmérő) észlelhetősége, hatalmas mennyiségű adat feldolgozása, titokban mesterségesen bevitt hamis jelekkel a kiértékelők tesztelése – a nagy megbízhatóság feltételei. (Hasonló berendezések épültek még Németországban, Japánban, Olaszországban, de az egyik kisebb érzékenységű, a másik kettő éppen nem üzemelt). Újabb módszerünk van a világmindenség és a csillagok belsejében végbemenő folyamatok megismerésére: az elektromágneses sugárzás (rádióhullámok, infra-, ultra-, látható fény, gamma-sugárzás), neutrínók mellett a gravitációs hullámok.

Debreceni vonatkozás

A CERN-beli részecskefizikai felfedezéseknél (például Higgs-bozon) megszokhattuk már, hogy magyarok (debreceniek) részvétele nélkül az ilyen meghatározó jelentőségű kísérletek elképzelhetetlenek! Az ezernél is több kutatóból álló nemzetközi LIGO-együttműködésnek hazánk is tagja. Az ELTE célcsoportja által koordinált kutatás-fejlesztés-építés-kiértékelés kooperációban közvetlenül részt vesznek a debreceni Atommagkutató Intézetből dr. Molnár József, Fenyvesi Edit és Nagy Dávid, közvetve pedig a Wigner Kutatóközpont, illetve a Szegedi Tudományegyetem kutatói. A LIGO korszerűsítésébe, elektronikai fejlesztéseibe Raics Zoltán villamosmérnök is több szinten bekapcsolódott. Néhányan pedig az USA-ban dolgoznak a témán ösztöndíjasként.

Ezek után érdemes megismerni azokat, akik „beépülve” a LIGO-ba létrehozták és folyamatosan fejlesztik a rendkívül fontos magyar kapcsolatot. Érdekes, tanulságos, példaszerű az életük és pályafutásuk. Személyükben négygyermekes házaspárt köszönthetünk: Márka Szabolcs fizikust és vegyészből fizikussá átalakult feleségét, Hargitay Zsuzsannát. A nyíregyházi születésű pár úgy debreceni, hogy a Kossuth Lajos Tudományegyetemen végeztek 1993-ban. Szabolcs nyíregyházi gimnazistaként vizsgálta iskolájában a csernobili reaktorbaleset következményeit, majd magfizikával kezdett foglalkozni a KLTE Kísérleti Fizikai Tanszékén. Egyetemi éveiben neutronok által keltett magreakciókat tanulmányoztunk. Végzés után az USA-ba került feleségével együtt. Szabolcs témája a részecskefizika lett a Vanderbilt Egyetemen, ahol 1999-ben doktorált. Zsuzsa kémiával kezdett, majd áttért szilárdtestfizikára és abból szerzett PhD-fokozatot. Szabolcs neves egyetemek, intézetek (Cornell, Cal-tech) után a híres Columbia Egyetemre került. Időközben áttért a nagyobb kihívást jelentő témára, a gravitációs hullámok észlelésére. A tanítás, kutatás mellett a széles körű ismeretterjesztést is felvállaló fizikaprofesszor a mintegy tízfős Columbia Kísérleti Gravitációs Csoportot vezeti, melyben felesége tudományos munkatársként dolgozik további két magyarral együtt.

Új módszer a malária ellen

Az alapkutatás szép, elegáns és távlatos tevékenység, melynek során Szabolcs sok sikert ért el és több tudományos díjat, kitüntetést kapott. De mi ennek a közvetlen haszna a társadalom számára? Erre a kérdésre a lézerek alkalmazásában járatos tudós meglepő módszer kidolgozásával válaszolt: szúnyogok bénítása, elűzése embert védő fényháló alkalmazásával. Ennek főleg Afrikában lenne jelentősége, ahol a gyermekek jelentős része halálozik el maláriában. Laboratóriumi bio-optikai kísérletek után az eljárást a helyszínen is tanulmányozták prototípus készülékkel. A módszer nemcsak szellemes, de abszolút „zöld” és forradalmi újítás: nem öli meg a szúnyogot, hanem eltereli! (Ha éjszaka a fülünkbe döngicsél, a kezünkkel elhessegetjük, ugye?) Ezáltal nem avatkozik be a táplálékláncba, nem károsítja a környezetet különféle vegyi és biológiai anyagokkal, viszont megvéd a csípéstől. Pontosan ez a cél, nem a gyilkolás – a feltett kérdésre a legegyszerűbb válasz. A Bill Gates Alapítványtól millió dolláros támogatást nyert munkatársaival a további kutatásokhoz, fejlesztéshez, elterjesztéshez. Az eljárásnak szinte beláthatatlanul sok alkalmazási területe van. A debreceni fizikusoknak nem idegen ez a kutatói magatartás: a Szalay-iskolában megtanultuk az alapkutatás – készülékfejlesztés – alkalmazás aranyszabályát.

És a jövő?

Bár Európában működik már két hasonló berendezés, az EU tervezi az Einstein-teleszkóp felépítését, amely a LIGO-nál sokkal érzékenyebb „fül” lesz a világmindenségre. A helyszín kiválasztására mi az Egercsehi bányát (Mátra) javasoljuk megfelelő tudományos érvekkel alátámasztva. Szubjektív, tudománytörténeti indokaink is vannak. Bolyai János híres munkájában elsőként említi, hogy a tér geometriáját a benne lévő anyag alakítja ki – amint azt Einstein egyenlete leírja. Eötvös Loránd híres gravitációs kísérletei pedig megteremtették a fizikai alapot az általános relativitáselmélethez. Ha megnyerjük ezt a pályázatot, ha nem, szeretnénk folyamatosan itthon látni az eddig is gyakran hazalátogató Márka családot.

- Dr. Raics Péter, fizikus, ny. egy. docens -

A nyíregyházi származású tudós közreműködésével igazolták azt, amit Einstein sejtett

New York, Nyíregyháza - Száz éve vártak a fizikusok arra a bejelentésre, amely csütörtökön hangzott el Washingtonban: asztrofizikus kutatók egy csoportja közvetlenül észlelt a világűrből érkező jeleket, gravitációs hullámokat. Exkluzív interjú Márka Szabolcs asztrofizikussal a gravitációs hullámokról! A beszélgetőpartner: Marik Sándor.

Lovász László: a gravitációs hullámok felfedezése új ablakot nyit az univerzumra

Budapest- A gravitációs hullámok felfedezése új ablakot nyit az univerzumra, a jelenség első közvetlen észleléséhez magyar kutatók is hozzájárultak - hangsúlyozta a Magyar Tudományos Akadémia (MTA) elnöke a szervezet csütörtöki budapesti sajtótájékoztatóján, amelyen Frei Zsolt, a kutatás résztvevője többek közt azt emelte ki, hogy a gravitációs hullámok első közvetlen észlelése több világraszóló felfedezést is takar.