Lézerfüggöny

Beszélgetés Márka Szabolccsal



 
Márka Szabolcs 2011 elején bekerült a világsajtóba: a New York-i Columbia Egyetem fiatal, de már „tenured” (véglegesített) asztrofizikusa – aki a kozmikus eredetű gravitációs hullámok közvetlen észlelésén dolgozik a LIGO obszervatóriumban – egymillió dollárt kap Bill Gates alapítványától a maláriát terjesztő szúnyogok ellen védő lézerfüggöny kifejlesztésére. 

A felfedezők: Márka Szabolcs (középen) Márka Zsuzsával és Bartos Imrével


Hogyan született meg a lézerfüggöny ötlete? Hirtelen pattant ki a fejéből, vagy már régóta morfondírozott rajta?

– Tíz-tizenöt éve az egyik technikusunk azzal fordult hozzám, hogy itt mindenféle érdekeset csinálunk, de segít ez valakinek? Gondolkozóba estem: érdemes lenne valami olyat is kitalálni, ami közvetlen haszonnal jár. Persze, az ötleteket, a tudást nem olyan egyszerű átforgatni „termékké”, nem megy egyik napról a másikra. 

Engem már régen bosszantott, hogy a malária ellen lehetne védekezni, mégis sokan kapják el a halálos kórt. Éppen sétáltam az utcán, amikor rájöttem, hogyan köthetném össze az optikai tudásomat a malária iránti érdeklődésemmel. Beszéltem a kollégáimmal, Márka Zsuzsával és Bartos Imrével, s felvetődött, hogy pályázzunk a Bill és Melinda Gates Alapítvány támogatására. Eddig nagyjából 18 ezren nyújtottak be pályázatokat, abból négyszázan kaptak százezer dollárt, hogy folytassák a kutatásaikat, és az eredményeik alapján ötüknek ítéltek meg további egymillió dollárt. Úgy látszik, hogy a programunk tetszett a zsűrinek, mert túljutottunk az első fordulón. 

Miután elvégeztük a kezdeti kísérleteket, nemcsak az bizonyosodott be, hogy a tervünk jó, hanem kiderült, hogy még az eredeti elképzelésünknél is érdekesebb. Jelentkeztünk a második fordulóra. Itt, ugye, már csak 5 a 18 ezerhez a nyerési esély. Belevágtunk, és megkaptuk az egymillió dollárt.

– Szívből gratulálok! Megmutatná nekünk, hogy mi van „a függöny mögött”?

– Ezeknek a rovaroknak nagyon kifinomult az érzékelőrendszere: a szúnyog – kémiai, fény- és hőszenzoraival – messziről megtalálja az áldozatát. Ezt a bonyolult rendszert mi tönkre tudjuk tenni, sőt meg is tudjuk ölni a rovart. De ez nem minden; kísérlet közben roppant meglepő tapasztalatra tettünk szert. Mindannyian tudjuk, hogy a fényfüggöny hirtelen megváltoztatja a teret: ha például a szoba közepén van egy fényfal, és az ember elmegy a szoba egyik feléből a másikba, akkor sokáig semmit sem tapasztal, aztán hirtelen fény jelenik meg, utána megint semmi. Nagyon sokféle rovart megvizsgáltunk – a maláriaszúnyogot is –, és a fényfüggönyre mind reagált! Mintha a moszkitó fénysugár lenne, a fényfüggöny pedig tükör, ahonnan a fény visszaverődik. A rovar sebességének az a komponense, amelyik merőleges a fényfüggöny síkjára, előjelet vált!

Rovarok sorakozója – a fényfal hatására

Izgalmas lehetett kimérni!

– Mondok egy másik példát is: a muslicák fölfelé szeretnek masírozni a falon, és a plafonon fejjel lefelé csüngeni. Ha a fölfelé tartó állatok elé vízszintesen betesszük a fényfalat, akkor egyszerűen megállnak, szép egyenes sorban, mint a katonák – nem mennek tovább. Ezért a fényfallal terelhetjük, irányíthatjuk őket. Tehetünk fényfüggönyt az ajtónyílásba, vagy az ágy köré, és a fénnyel mindenféle alakzatot leírhatunk: síkot, kúpot, ellipszis alapú kúpot, hengerpalástot.

Több lézerdiódával állítják elő a fényfelületet?

– Általában nincs szükség sok diódára, mi inkább egyet használunk, és tükrökkel, lencsékkel tereljük a fényt. 

Mi történik, ha az ember megy át a fényfalon?

– Éppen ez a lényeg! A moszkitóhálón az ember nem tud átmenni, időnként kiszakítja, elfelejti föltenni, kilóg alóla a lába, vagy rajta ül a moszkitó, és megvárja, amíg az ember előlép. A fényfalon nem lehet üldögélni, a lézerfüggönyt nem kell föltenni, ez ott van, és átmegy rajta az ember.

Nem esik baja?

– Akkor nem lehetne használni. Nem szabad bajt okoznia.

Amerikában kié lesz a szabadalom, az egyetemé vagy a feltalálóké?

– Egyeteme válogatja. A mi egyetemünkön nagyon kedvező rendszert vezettek be. Segítenek a találmányok szabadalmaztatásában, és a befektetés, a szabadalmi költség megtérülése után a bevétel 50 százaléka az egyetemé, 25 százaléka a kutatóé, 25 százalék pedig szabadon fölhasználható kutatási alap. Nálunk több mérnök a jogdíjakból finanszírozza a kutatásait, ami nem mindenhol van így.

Mi nem a haszon reményében szabadalmaztattuk a fényfüggönyt és a hozzá kapcsolódó találmányokat. Hiszen azokon szeretnénk segíteni, akik nem tudnak fizetni az életmentő eszközökért. De nem akarjuk, hogy olyanok kezébe kerüljön a találmányunk, akik csak a saját hasznukat keresik. A Columbia el tudja érni, hogy ingyen vagy elfogadható áron kapják meg a fejlődő országok lakói. 

Mikor védi majd őket a függöny?

– Ezt nehéz megmondani. Egyelőre még a kutatási stádiumban vagyunk. Tanulmányoznunk kell, hogyan reagálnak a lézerfüggönyre a különböző állapotban lévő egyedek, tehát az öreg, a fiatal, az éhes, a jóllakott, a fáradt, a szaporodni képes rovarok, és persze a fizikai paraméterek is fontosak: például a spektrális összetétel, az intenzitás, az időbeli pulzálás. Így tudunk csak igazán hasznos eszközt kifejleszteni. Egyelőre tulajdonképpen egy matematikai modell paramétereit mérjük ki aprólékosan, és a szimulációkat még optimalizálni kell, hogy a terepen is meginduljanak a kísérletek. Erre két-három év múlva kerülhet sor. De már most is utazunk Afrikába, hogy fölmérjük a lehetőségeket, megnézzük, hogyan élnek az emberek ott, ahol ki akarjuk próbálni a függönyt. Nagyon érdekes feladat, egyáltalán nem bánom, hogy ezen dolgozunk.

De a fényfüggöny miatt még nem kért szabadságot a Columbiáról, gondolom.

– Persze, hogy nem. Mi asztrofizikusok vagyunk, és boldogan fejlesztjük a találmányunkat. De mindenki őrült, aki most nem fektet sok energiát a gravitációs hullámok kutatásába, mert 2014-ben befejeződik a LIGO új detektorának az installációja, és 2014–2015 körül olyan detektor kapcsol be, amely az első fél nap alatt az összes eddiginél több adatot gyűjt a gravitációs hullámokról. Olyan fölfedezések születhetnek, amelyek gyökeresen megváltoztatják az Univerzumról alkotott képünket, és néhány kollégát valószínűleg Stockholmban várnak egy decemberi napon.

Nyilván tudja, hogy Magyarországon is többen szeretnék észlelni a gravitációs hullámokat, és nagyon remélik, hogy az Einstein-teleszkóp a Mátrában épül meg.

– Sokat dolgozom a magyar kollégákkal, diákokkal. Az ELTE például komoly játékos a LIGO-ban; az RMKI inkább az Einstein-teleszkópban és az olaszországi VIRGO-ban, a debreceni ATOMKI és Kísérleti Fizikai Intézet pedig az eszközfejlesztésben érdekelt. A magyarok a gravitációs hullámok kutatásának frontvonalába kerültek. Nem tudom, hány Nobel-díj-várományos projekten dolgoznak most ilyen lelkesen a magyar kutatók, de erre a területre, szerintem, érdemes odafigyelni. És a magyar fiataloknak nagyon jó a hírük! Az első magyar diákom már a Harvardon van, a második nemsokára itt szerzi meg a doktorátusát, a harmadik otthon kapja meg a fokozatát. Úgy gondolom, többszörös haszonnal jár ezeknek a hazai csoportoknak a támogatása.

Ön hogyan került a Columbiára?

– Nekem elég kalandosan alakult a pályám. Debrecenben lettem fizikus, de a PhD-disszertációmat már Amerikában készítettem el, a Vanderbilt Egyetemen. Közben a Cornell Egyetemen töltöttem huzamosabb időt, ahol a részecskegyorsítónk működött: kétszázan dolgoztunk együtt a világ egyik legjobb részecskefizikai programjában, a CLEO-ban. Amikor ledoktoráltam, úgy döntöttem, hogy kockáztatni fogok. Különben is szeretem a kihívásokat – otthon imádtam a sárkányrepülést –, és a kitaposott útról áttértem egy forradalmian új területre: a gravitációs hullámok kutatására. Ez akkor kockázatos választásnak tűnt, de azt is tudtam, hogy sokat nyerhetek rajta. Elmentem a Caltechre.

Adrenalinfröccs

Az ember fogja magát, és elmegy a Caltechre?

– Hát nem mindig.

Hanem?

– Én így szoktam. Elhatározok valamit, és akkor csinálom. Az az igazság, hogy tényleg egy helyre jelentkeztem akkor, a Caltechre.

Beszélgettek kicsit, aztán fölvették?

– Igen. Én nagyon szeretek kísérletezni, nekik pedig szükségük volt kísérleti emberekre.

És maga jelentkezett egyedül?

– Szerencsére sokan pályáztak. Akkor a LIGO-program épp csak elkezdődött, még földutakon mentünk be az obszervatóriumhoz, a vákuumrendszer sem volt kifűtve, azt se tudtuk, működik-e majd a detektor. Közben mindent meg kellett tanulnom, amire az asztrofizikához és az új kísérletekhez szükségem volt. Az első öt évben nagyon kemény munka folyt a LIGO-nál, de az erőfeszítés általában kifizetődik, így mi is sikerre vittük a kísérletet.

Idővel az ember eljut oda, hogy azt mondja: most már többre lenne képes egy saját csoporttal, és akkor egyetemi, oktatói állásokat pályáz meg. Amerikában az oktatás mellett sikeres és hatékony csoportot kell kiépíteni egy kutatóegyetemen, és a pályázatokból kell az embereket eltartani. A Columbiára érdemes volt eljönni, mert egy neves, patinás egyetemen kiváló kollégákkal, diákokkal dolgozhatunk, és messzebb érhetünk. A tudományban a minőség számít, nem a mennyiség. Nemrég végzett a Columbián a második doktoranduszom, ma már az elsővel együtt mindketten a Caltechen dolgoznak posztdokként. Büszke vagyok rájuk. Ők amerikaiak, de most egy magyar srác van nálunk, Bartos Imre. Szenzációsan kreatív és nagyon jó agyú diák, még hallani fogunk róla, de a többiekről is. Egy rendkívül okos orosz srác következik a sorban, ő még néhány évig velünk lesz.

Min dolgozik a csoportja?

– Nagyon fontosnak tartom, hogy egy tudós teljes értékű tudományos munkát végezzen, ami azt jelenti, hogy az ötlet megfogalmazásától az eszközépítésen, az adatkiértékelésen keresztül az elmélet kidolgozásáig mindenben otthon legyen. Ez egyre nehezebb lesz a jövőben, mert az emberek specializálódnak, és sokan vagy csak elméleti munkával akarnak foglalkozni, vagy csak eszközt akarnak fejleszteni. Mi szerencsések vagyunk, mert sokféle munkában részt vehetünk. Hozzájárulunk a LIGO eszközfejlesztéséhez, az optimális működés megteremtéséhez, mi építjük a következő detektor adatrögzítő rendszerének a szívét, az időzítőrendszert. Ez azért is lelkesítő feladat, mert a „terméket” sokféle hasznos célra fel tudjuk majd használni. A fejlesztésen már túljutottunk, most kis gyárként működünk, nemsokára leszállítjuk a rendszereket. Német és a japán detektorok konstruálásához is hozzájárulunk.

Nagyon izgalmas munkánk az innovatív adatanalízis. Ami a legeslegjobban érdekel, az a „multimessenger”csillagászat – olyan csillagászat, amelyben sok különböző kísérlet eredményét használjuk egyszerre. Más detektorok észlelik a gamma-kitöréseket, a röntgensugarakat, a látható fényt, a nagy energiájú neutrínókat, a LIGO-ban pedig várjuk a hozzájuk kapcsolódó gravitációs hullámokat. Mi ezeknek az információknak az együttes felhasználást tűztük ki célul. 

Ez rendkívüli fölkészültséget igényelhet.

– Igen, de ebben van a profit. Ha az ember beleöli az idejét valamibe, akkor azt akarja, hogy tudományos haszon származzon belőle. Amíg nem „látom” a gravitációs hullámot, nagyon nehéz tudományos eredményt publikálnom róla, mert nem tudom beilleszteni a korábbi képbe. De amikor azt látom, hogy az Univerzumban fölrobbant valami, amiből gravitációs hullám érkezhet, akkor már van annyi információm, hogy ki tudok zárni elméleteket, és meg tudom mondani, hogy milyen típusú kitörés volt az, amiről mások esetleg nem tudnak véleményt alkotni. Tehát ha megfelelően érzékeny detektorunk van, a gravitációs hullámok anélkül is hasznossá válhatnak, hogy láttuk volna őket.

El tudja képzelni, milyen lesz, amikor végre érzékelik a gravitációs hullámokat?

– Persze, mindenki azon vitatkozik majd, hogy ki látta először.

Nem erre gondoltam…

– Igen, el tudom képzelni, és nagyon várom. Pontosan tudom, hogy én mit fogok csinálni. A gravitációs hullámok segítségével az Univerzum eddig teljesen rejtett részét látjuk majd. Megtudjuk például, hogyan viselkednek, hogyan születnek és hogyan halnak meg a fekete lyukak. A következő évtized hihetetlenül izgalmas eredményeket hoz, ha reményeim valóra válnak. De műszereink nem csak az asztrofizika tanulmányozására képesek.

Néhány barátommal összeültünk egyszer karácsony és szilveszter között, és kitaláltuk, hogy például az elektromágneses jelek relativisztikus késését, a Shapiro-effektust, amit eddig csak naprendszerbeli távolságokra és objektumokra mértek meg, itt a Földön, a laborban, harminc centiméteres távolságokra és tonnás tömegekre is meg tudjuk mérni! Ez nem csillagászat, ez az általános relativitáselmélet közvetlen ellenőrzése, amire nagyon-nagyon kevés kísérlet van földi körülmények között. A LIGO fantasztikusan érzékeny eszközei rendkívül sokoldalúan felhasználhatók. 

Most voltam egy érdekes konferencián Spanyolországban, ami az asztrofizika és a kozmológia jövőbeli kérdéseire fokuszált. Nemrégen összegyűjtöttem, hány nagy kérdést kell megválaszolnunk a multimessenger csillagászatban a gravitációs hullámokkal. 65–70-nél tartunk. Egy-egy válasz kidolgozásából több PhD-dolgozat is születhet – az én életemben valószínűleg nem járunk minden kérdésnek a végére.

Lehet, hogy maga is kitűz majd néhány problémát, ahogy a matematikusok szokták.

– Már tűzöm, tűzzük többen is. Az egyik új cikkemnek van egy féloldalas bevezetése, egy féloldalas konklúziója, és közte körülbelül hatvan kérdés. Mindenkinek nagyon tetszik, úgy látszik, az emberek szeretik a kérdéseket. Ez jó, mert  a diákoknak, a posztdokoknak, a kíváncsi embereknek hosszú ideig lesz dolguk. Nagyon várjuk már 2014-et!

Közben elindítottunk egy új projektet: együttműködünk az IceCube és az ANTARES neutrínóobszervatóriummal. Egy korábbi kitűnő diákunk dolgozik ott: nagyszerű, hogy több detektort tudunk együtt használni. Úgy érezzük magunkat, mint a gyerekek a játékboltban. Ez az előnyük az új területeknek. A hátrányuk pedig az, hogy együtt kell élni egy csomó kockázattal. De ha nincs kockázat, nincs nyereség.

Mi nagyon szerencsések vagyunk, mert a feleségem is kutató a Columbián, és össze tudjuk hangolni az egyetemi meg az otthoni életet. Négy gyerekkel másképp nehezen boldogulnánk.

Hogyan nevel fel két kutató négy gyereket?

– Nehezen, de nem is az a kérdés, hogy nehéz-e, vagy könnyű, hanem akarunk-e valamit, vagy sem. Én mindig nagy családot szerettem volna, és örülök, hogy ilyen sok gyerekünk van. Nagyon okos csemeték, és tökéletesen beszélik mindkét nyelvet. Persze, édesanyáink odaadó segítsége nélkül nem boldogulnánk. Minden sikerünk hátterét az ő segítségük és szeretetük teremti meg.

Az interjút készítette: SILBERER VERA


Természet Világa, 142. évfolyam, 6. szám, 2011. június
http://www.termeszetvilaga.hu/
http://www.chemonet.hu/TermVil/