A modern magyar fizika

1957-ben megalakult a KFKI-ban a Fizikai Optikai Laboratórium Náray Zsolt vezetésével és az Elméleti Fizikai Osztály Gombás Pál vezetésével, amely egy év múlva a Műegyetemre került, a Gombás-tanszékre (helyette a Kozmikus Fizikai Osztály szárnyai alatt nőtt ki az Elméleti és Atommagfizikai Kutatócsoport). Az első hazai lézer három évvel a világon a legelső (1962) után, 1965-ben a KFKI-ban már működött (akkor Jánossy professzor fotonkísérleteihez volt szükség rá). Kis fényintenzitású kísérleteiről már volt szó. Nagy fényintenzitásoknál a világon elsőként sikerült kimutatni a modern optika és kvantumelektronika egyik legfontosabb jelenségét, a nemlineáris (sokfotonos) fotoeffektust (azaz a fény hatására létrejövő elektronos hatást). Elsőként sikerült kimutatni, hogy a lézerfény elektromos terével a folyadékkristály-molekulák átrendezhetők (hagyományosan ezt elektromágneses térrel láthatjuk a digitális karórákon). A KFKI-ban kifejlesztett orvosi műtőberendezéseket a gasztroenterológiában, pulmonológiában, urológiában az ország kórházai használják. Miniatűr impulzuslézert a szemészet, az oktatás, az ipari méréstechnika terén alkalmaznak. Szegeden festéklézereket fejlesztettek ki a göttingeni Max Planck Intézettel együttműködve. Ezek előnye, hogy a hullámhosszuk állítható.

1976-ban az MTA Természettudományi Kutatólaboratóriumai keretében jött létre a Kristályfizikai Kutatólaboratórium, amely Gyulai Zoltán és Tarján Imre kutatásainak folytatója. Optikai egykristályok előállításával és vizsgálatával, valamint nemlineáris optikával foglalkozik. A Műszaki Fizikai Kutatóintézetben tervezték meg az első világűrben történő kristálynövesztést, amit az Interkozmosz után nyugati űrprogramokban is megismételtek. A KFKI-ban előállított egykristályokat egyrészt ponthiba-vizsgálatokra, másrészt (például a BME Fizikai Intézetével ) akusztooptikai és elektrooptikai eszközöknél használják. A nemlineáris optika elméletének hazai meghonosítója Janszky József (1943–). A fény egy új fizikai állapotát fedezték fel, illetve vizsgálják azt (foto squeezing, összenyomott fényállapot). Új integrál reprezentációt dolgoztak ki a kvantumoptikai állapotok tárgyalására. Ezeknek hosszú távon az optikai hírközlésben, illetve az optikai számítástechnikában lesz jelentősége. A telefonvonalak száloptikás vezetése a jövő útja, a fényvezetők a hagyományoshoz képest előnyösebbek, mert magasabb frekvencián gyorsabb a jelátvitel, digitalizált, és így a jel-zaj viszony is sokkal jobb. A számítógépek még hagyományos elektronikus alkatrészekkel működnek, az optikai eszközöknek az asszociatív programozásban lesz szerepük.

1955-ben a KFKI területén kezdték meg a kísérleti atomreaktor építését, 1959-ben helyezték üzembe. A reaktorral kapcsolatos kutatások (reaktorfizika, hűtőrendszer-modellezés, reaktorzaj-diagnosztika, reaktorszimuláció és sugárvédelem) hasznosítható tapasztalatot jelentettek a paksi atomerőmű építésekor. – A szórt sugárzásvédelem hazai meghonosítója Bozóky László (1911–1995) volt. Ő szerkesztette az első hazai sugárzásmérőt 1938-ban, majd az 1950-es években ennek továbbfejlesztésén dolgozott a KFKI-ban, dozimetriai eszközöket fejlesztett ki. Vezető szerepe volt a hazai sugárkezelések elterjesztésében, illetve a kezelőszemélyzet sugárvédelmének tervezésében. Közreműködött a radioizotópok ipari alkalmazásának hazai elterjesztésében. Megalkotta a hazai rádioaktív sugárzás elleni védelem szabványrendszerét. – A KFKI-ban megalakulásakor, 1950-ben 70 kutató dolgozott, az intézet az 1980-as években {IV-96.} körülbelül kétezer embert foglalkoztatott, köztük 400 fizikust.

AZ MTA Műszaki Fizikai Kutatóintézete az alapkutatások eredményeinek alkalmazási lehetőségeit vizsgáló intézményként jött létre. Első vezetője Szigeti György volt, aki vákuumfizikával és lumineszcenciával foglalkozott. Munkatársa Bodó Zalán (1920–1990) az Egyesült Izzó, majd a Távközlési Kutató Intézet laboratóriumában a diffúz optika kvalitatív elméleti modellezésével foglalkozott. Nemzetközileg e tudományág megalapozói között tartják számon. Később a hazai félvezetőfizika megalapozásában vett részt. Az MTA Műszaki Fizikai Kutató Intézetében dolgozott megalapítása óta. –

Magyarországon a 20. század utolsó négy évtizedében a főbb fizikai kutatási területek: lézerfizika és spektroszkópia, atomfizika és sugárvédelem, szilárdtestfizika, statisztikus fizika és termodinamika, részecskefizika, magfizika és molekulafizika, gravitáció és asztrofizika, űrkutatás és kozmikus sugárzás.

Az első két területről már volt szó, így a magyar fizika egyik legsikeresebb ága, a szilárdtestfizika a következő. A szilárdtestfizika lényegében véve az alapelméletek alkalmazása rendezett anyagi rendszerekben. Szilárdtestfizikai kutatások folynak az összes fizikával foglalkozó egyetemen és kutatóintézetben. – Zawadowsky Alfréd (1936–) kutatási területei felölelik a szilárdtestfika fejlődését 1959-től napjainkig: alagútdiódák, mágneses szennyezés fémekben, renormálási csoport, közel egydimenziós rendszerek, töltés- és spinsűrűség hullámok, szupravezetés, szuperfolyékony hélium, amorf fémek, Kondo-effektus, amely az alagútdiódák megértéséhez alapvető. Vizsgálta mágnesesen szennyezett anyagok anomális viselkedését alacsony hőmérsékleteken. – Kroó Norbert (1934–) lézer-anyag kölcsönhatással foglalkozva munkatársaival röntgen hologramot hozott létre.

Gábor Dénes

A holográfiát az Angliában letelepedett Gábor Dénes (1900–1979) az 1930-as évek végén találta fel. Az elektronmikroszkóp tökéletesítése során jutott el ahhoz az ötlethez, hogy a tökéletes leképezéshez a visszavert hullámok valamennyi információját: az intenzitást (mint a fényképezésnél) és a fázist is fel kell használni. Ez a holo (teljes) gráfia (térbeli kép) lényege, de a gyakorlati megvalósításig még a koherens (azaz egyfázisú) fényforrás, a lézer megjelenéséig (1962) kellett várni. Gábor Dénes 1971-ben Nobel-díjat kapott felfedezéséért. Itt kell megemlíteni Kürti Miklós (1908–1998) nevét, aki Oxfordban élt és dolgozott élete végéig. 1956-ban 1,2∙10−5 K-es alacsonyhőmérsékleti csúcsot ért el munkatársaival, nukleáris lemágnesezéssel. 1957-ben 2∙10−6 K mélyponti „világcsúcsával” évekig utolérhetetlen volt. A magmágneses hűtés lényege: nagy mágneses térben az elektronok mellett az atommagban lévő részecskék spinje is rendeződik a tér irányába. Ha a teret kikapcsolják, a spin-mágnesek rendezetlenné válnak, és ez a rendszer entrópiáját növeli és hőt von el. Az alacsony hőmérsékleten és mágnességben kifejtett munkájáért Kürty Miklós a Royal Society tagja lett. – A magyar statisztikus fizika egyik vezető alakja Szépfalusy Péter (1931–). Fő kutatási területei: a statisztikus fizika, a kvantummechanikai többtestprobléma, a fázisátalakulások elmélete, nemlineáris jelenségek, kaotikus folyamatok. Az 1980-as években együttműködve részecske- és magfizikusokkal, matematikusokkal, biológusokkal, vegyészekkel, közgazdászokkal a következő témákkal foglalkozott: kaotikus rendszerek, ergodelméleti kutatások, fázisátalakulások statikájának és dinamikájának a vizsgálata, többek között a renormálási csoport matemetikai alapjai, sejtautomaták, fázisátmenetek kvantumtérelméleti, magfizikai és biológiai rendszerekben, rendezetlenségek vizsgálata: spinüvegek, fraktálok és multifraktálok, perkolációelmélet, véletlen {IV-97.} rendszerek statisztikus fizikájának asztrofizikai alkalmazásai, disszipatív struktúrák vizsgálata, pl. kémiai oszcillátorok, nemlineáris optika, makrorendszerek időbeli fejlődésének a leírása (Brown-mozgás dinamikája, gazdasági termodinamika). – A statisztikus fizika másik jelentős hazai képviselője Kondor Imre (1943–), akinek fő szakterülete a kritikus jelenségek, a másodrendű fázisátalakulások és a szupravezetés. Szépfalussy Péter és Kondor Imre bonyolult rendszereket vizsgáltak, amelyek leírhatóak elemi és gyengén kölcsönható részek összegeként. Így a perturbációszámítás, illetve a végtelen szabadsági fokú rendszerek fizikája olyan rendszerekre (pl. kémia, biológia, ökológia, közlekedés) alkalmazható, ahol a matematika eddig csődöt mondott. – Geszti Tamás (1938–) a statisztikus fizika eredményeit ideghálózatok és neuronszámítógépek modellezésére használja. – Nemzetközileg kiemelkedő eredményeket ért el Vicsek Tamás (1948–) a fraktálok elméletében, illetve azok számítógépes szimulációjában. – A magyar részecskefizikai iskola jelentős képviselője Marx György (1927–), akinek 1956 és 1988 között a neutrínó-fizika volt fő kutatási területe. Zeldovics nyomán ifjabb Szalay Sándorral az asztrofizikában alapvető felfedezésük volt. Kozmológiai megfontolások alapján 1972-ben kiszámították, hogy a csillagászok által észlelt tömegsűrűség, illetve a gravitációs modellek alapján számolt galaxistömegek közötti 80%-os eltérés (hiány) okozója lehet a neutrínó, ha annak nem zérus a tömege. Az ennek alapján becsült neutrínótömeget később mérések is jóváhagyták. Marx György 1952-ben felfedezte a leptontöltés megmaradását, amelynek szerepe az elemi részek bomlásában (illetve stabilitásában) alapvető jelentőségű.

Tanítványai közé tartozott Geszti Tamás, Horváth Zalán (térelmélet, QCD, monopólusok), Vicsek Tamás, Kroó Norbert, Kuti Gyula, Lovas István (magfizikus), Lukács Béla (magfizika, nehézion-fizika, relativitáselmélet, kozmológia), Nagy Elemér (részecskefizikus), Perjés Zoltán (általános relativitáselmélet), Szalay A. Sándor, Zawadowsky Alfréd, Zimányi József (magfizika, nehézion-reakciók). – Szalay A. Sándor (1949–) kutatási területe az asztrofizika és a neutrínók, kozmológia, univerzummodellek, a galaxisok keletkezése. A 20. század végi magyar fizika példaértékű alakja, aki amerikai és magyar egyetemeken egyaránt kutat és tanít.

A részecskefizikai elméletek születése során a különböző kölcsönhatások időben elkülönítve jönnek létre. Ez arra bátorítja a fizikusokat, hogy a világ kialakulásáról mai tudásunkkal összhangban lévő kozmológiai modelleket (modern teremtésmítoszokat) próbáljanak alkotni. Tágabb értelemben a kozmológia az asztrofizikai objektumok, naprendszerek, bolygók létrejöttét is modellezi. Ezek reális lehetőségét és igazságtartalmát behatóan tanulmányozta az USA-ban élő Jáki Szaniszló (1924–). A tudomány és a teológia kapcsolatával, tudománytörténettel, tudományfilozófiával foglalkozik. Első könyve (The Relevance of Physics) ontológiai alapmű, az 1930-ban a matematikában bebizonyított Gödel-tételt a fizikai megismerhetőségre alkalmazza. A Gödel-tétel állítása szerint a matematikai tételeknek egyetlen sorozata sem hordozhatja magában saját állandóságának a bizonyítékát. Jáki Szaniszló ebből azt a következtetést vonja le, hogy minden tudományos kozmológiának két összetevője van, egy matematikai és egy empirikus. Azaz egy olyan elmélet, amely minden ismert jelenséget megmagyaráz, nem biztosít minket affelől, hogy a jövőben nem tapasztalunk az elméletnek ellentmondó jelenségeket.

A kvark-elmélet sikerei arra buzdították a fizikusokat, hogy próbálják e hipotetikus részecskéket detektálni. Erre lehetőség extrém magas hőmérsékleten kínálkozott, ahol a nukleonok kinetikus energiája már akkora lesz, hogy az atommagok sem {IV-98.} tudnak ellenállni a bennük zajló nagyenergiás ütközések romboló hatásának, és a magok, majd a nukleonok is alkotórészeikre esnek szét. A kvark-gluon plazmára való szétesés elméleti modellezését 1981-ben Kuti Gyula, Lukács Béla, Polónyi János és Szlachányi Kornél magyar fizikusok végezték el. A fizikai mennyiségek várható értékét a QCD számításokhoz akkoriban már elterjedt számítógépes rács-modellezéssel lehetett kiszámítani. Ebben a magyar fizikusok, a fent említetteken kívül Hasenfratz Péter, Hasenfratz Anna, Montvay István, Patkós András és Niedermayer Ferenc jelentették a világ élvonalát. Ezekhez a számításokhoz azonban a világ legnagyobb számítógépeire volt szükség, így többen európai, illetve amerikai egyetemeken folytatták munkájukat.

A kvark-gluon plazma megfigyelésére világszerte nagy méréseket kezdeményeztek. A kimutatásra született javaslatok jelentős hányada magyar szerzőktől született, Domokos Gábor adta az elsőt, Zimányi József Bíró Tamással jósolta a ritka részek feldúsulását. Az elméleti számításokba a debreceni egyetem is bekapcsolódott Lovas István vezetésével. A mérések és az ún. nagy kísérlet előkészítésében, illetve kiértékelésében, a brookhaveni National Laboratory-ban és a chicagói Fermilabban, valamint a Consil Européen pour la Recherche Nucleaire (CERN)-ben is számos magyar fizikus dolgozott.

1989-ben a CERN kelet felé megnyitotta a kapuit. Az első három kelet-európai tag között volt Magyarország. A CERN az 1954-ben Genfben alapított nemzetközi atommagkutató központ. Tagsága 1-2 kisebb kivételtől eltekintve azonos az EU-tagokkal. A tudósok és politikusok számára is az európai összefogás szimbóluma, amely az 1960-as évekre a világ legnagyobb részecskefizikai intézete lett. A magyar fizikustársadalom „részecskefizikából” 1992 óta az EU teljes jogú tagja. Ennek elérésében döntő szerepe volt Szegő Károlynak és Zimányi Józsefnek. A részecskefizika és a mag- és nehézion fizika mellett a fizika egyik legalapvetőbb kérdéskörével foglalkozik az általános relativitáselmélet. Ennek alapegyenleteit Einstein fogalmazta meg negyedrendű differenciálegyenletek alakjában, melynek gömbszimmetrikus, illetve forgásszimmetrikus egyszerű megoldásai az univerzumról alkotott képünket határozzák meg. Magyarországon az ELTE Elméleti Fizikai Tanszékén, illetve a KFKI Részecskefizikai Intézetének elméleti osztályán működik relativitáselméleti csoport.