A Skandináviai Magyarok Kulturális és Tudományos Társasága (SMKTT) szeretne megosztani egy részletet készülő könyvéből két Nobel-díjasunkról, Karikó Katalinról és Krausz Ferencről.
Színes irodalmi-, művészeti-, tudományos alkotások
és magyar közösségek, melyek összekapcsolnak bennünket a Híradó olvasóival is.
Madarassy Enikő
Nobel- és Wolf-díjas fizikus, a Center for Molecular Fingerprinting (CMF) tudományos igazgatója, a Max Planck Kvantumoptikai Intézet igazgatója, a Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) Kísérleti Fizika Tanszékének vezetője és professzora.
Kutatócsoportja elsőként állított elő és mért meg attoszekundumos (1 attoszekundum = 10-18s) fényimpulzust, és használta fel az elektronok atomon belüli mozgásának feltérképezésére, megalapozva az attofizika tudományát. Ezekkel az attoszekundumos fényimpulzusokkal valós időben tették érzékelhetővé az elektronok atomok közötti mozgását, mely eredmények az attoszekundumos fizika kezdetét jelentik.
Móron született 1962-ben. A fizika iránti szeretetét a móri Radnóti Miklós Általános Iskolában, Kiss tanár úr fizika óráin kapta meg. A móri Táncsics Mihály Gimnáziumban megszerzett és elmélyített fizikai ismeretei után jelentkezett egyetemre. Tanulmányokat folytatott a Budapesti Műszaki Egyetem villamosmérnöki és az Eötvös Loránd Tudományegyetem elméleti fizika szakán. A Műegyetemen Simonyi Károly, az ELTE- n Marx György professzor volt a példaképe. Számára a kutatás a Műegyetem Fizikai Intézetében kezdődött, ahol három évig az egyetem lézerlaboratóriumában dolgozott. Doktori fokozatát már a Bécsi Műszaki Egyetemen szerezte 1991-ben, ahol később docensként, majd professzorként is dolgozott. 2003 óta a garchingi Max Planck Kvantumoptikai Intézet igazgatója. 2004 óta a Ludwig-Maximilians-Universität Kísérleti Fizika Tanszékének vezetője. 2005 óta a Bécsi Műszaki Egyetem docense. Társalapítója és egyik szóvivője a 2006-ban indított Müncheni Kiválósági Klaszter – Müncheni Központ a Fejlett Fotonikáért (MAP) nevű szervezetnek. 2022-ben két másik kutatóval megosztva megkapta a fizikai Wolf-díjat, az ultragyors lézertudomány és attoszekundumos fizika területén végzett úttörő szerepéért. 2023-ban Pierre Agostini és Anne L’Huillier kutatókkal megosztva elnyerte a fizikai Nobel-díjat az általuk kifejlesztett „az elektronok anyagbeli viselkedésének tanulmányozására szolgáló, attoszekundumos fényimpulzusokat létrehozó kísérleti módszerekért”.
Milyen alkalmazási területei lehetnek az attofizikának?
Az objektumok gyors mozgásának a követéséhez egy gyors kamerára van szükség, melynek rendkívül rövid az exponenciális ideje, és éles pillanatképeket tudunk vele készíteni. Ugyanezt a koncepciót használják fel a természetben az atommagokon kívül előforduló leggyorsabb mozgások, mégpedig az elektronok követésére. Pillanatképeket készítenek az elektronokról és azokból rakják össze azt, hogyan folyt le a mozgás. A gyakorlatban ennek nagyon sok szerteágazó alkalmazása lesz, ugyanis az elektronok mindenhol ott vannak. Az anyagnak nincs olyan formája, ahol az elektronok ne játszanának főszerepet.
Az elektronika teljesítőképessége abban mutatkozik meg, hogy milyen gyorsan tudunk ki-be kapcsolni elektromos áramot. Minél gyorsabban lehet ezt megtenni, annál nagyobb teljesítményű egy számítógép és minden egyéb elektronikai eszköz. Jelenleg, a mai modern eszközökben elektromos áramot a nanoszekundum törtrészében tudunk ki-be kapcsolni. Ugyanakkor az attoszekundumos méréstechnika segítségével laboratóriumi körülmények között megmutattuk, hogy a fény elektromos terével százezerszer gyorsabban is lehet ki-be kapcsolni az elektromos áramot. A feladat most abban áll, hogy azokat a koncepciókat, amelyeket laborkörülmények között demonstráltunk, meg tudjuk valósítani a gyakorlatban a nanoskálán. Ha ez sikerül, akkor a mai komputerek teljesítőképessége is százezerszer nagyobb lesz.
Az új felfedezés alkalmazási lehetősége a gyógyításban
A másik nagy alkalmazás az, amit Krausz Ferenc csapata a Magyar Kormánynak, Palkovics László és Csák János korábbi miniszter uraknak köszönhetően Magyarországon tud végezni, a Center for Molecular Fingerprinting keretein belül. E projekt alapján ultrarövid, infravörös fényimpulzusokkal világítanak át vérmintákat. A vérmintákban a molekulák rezgésbe jönnek az infravörös fényimpulzus megvilágításnak köszönhetően. Ezek a rezgések újból infravörös hullámokat bocsájtanak ki, amit attoszekundomos méréstechnika segítségével nagy érzékenységgel lehet megmérni.
Ezek a jelek rendkívüli mennyiségű információt szolgáltatnak arról, hogy a vér molekuláris összetétele pillanatnyilag hogy néz ki. A vér molekuláris összetétele alapvetően függ az egészségügyi állapottól. Ha egy betegség kezd kialakulni, akkor ez a molekuláris összetétel változik. Ekkor változik az infravörös jel, amit ezzel a módszerrel mérnek. A feladat abban áll, hogy nagyszámú vérmintát gyűjtsenek össze különböző betegségtípusokról és összehasonlítsák ezen vérminták infravörös ujjlenyomatait az egészséges emberektől származó vérminták ujjlenyomataival. A kettő különbsége szolgáltatja az információt arról, hogy valamiféle betegség van kialakulófélben.
Ilyen jellegű kísérleteket már korábban elkezdtek végezni Münchenben, és időközben sikerült megállapítani, hogy a módszer alapvetően érzékeny mindenféle rákos megbetegedésre, amit addig vizsgáltak. Időközben Merkely Béla professzor úrral, a Semmelweis Egyetem rektorával elindítottak Magyarországon egy vizsgálatot a szív- és érrendszeri megbetegedések területén. A módszer erre is, továbbá a cukorbetegségekre (prediabéteszre és diabéteszre) is érzékeny. Elindították a nagyszabású H4H (Health for Hungary - Hungary for Health) programot (https://www.h4h.hu/), melynek keretein belül sikerült tízezer rendkívül lelkes magyar állampolgárt bevonni a vizsgálatba, amiért óriási köszönet jár nekik.
A vizsgálat során a cél, hogy egyrészt megállapítsák az infravörös ujjlenyomat normál tartományát. Ez egy sokparaméteres adathalmaz, úgy lehet elképzelni, mintha több száz molekulát mérne a labormedicina. Igazából ezek nem molekulák, hanem információk. Meg kell állapítani, hogy néz ki az egészséges szervezet, ami az alap, a referencia. Ehhez képest vizsgálják azt, hogy kinél lép fel idővel a megfigyelés során esetleges eltérés. Ebben az esetben később lesz egy diagnózis is, amit összefüggésbe lehet hozni azzal az eltéréssel, amit mérnek. Így tudnak betanítani algoritmusokat mesterséges intelligencia (MI) segítségével arra, hogy később az infravörös jel változásából meg tudják állapítani, milyen betegség van kialakulóban. Mindezt olyan stádiumban, amikor a betegség még a kezdeti szakaszában van, mikor még a betegnek nincs tünete, így az egyén még nem menne orvoshoz, mert nem tudja, hogy valami probléma van kialakulóban. Az infravörös ujjlenyomat azonban előre jelzi, hogy igenis probléma van, és a modern orvostudomány nagy eséllyel megakadályozhatja a betegség tovább terjedését.
Út a Nobel-díjig
„A tudományos kutatásnak csak akkor van értelme, ha azt a legmagasabb nemzetközi mércével, világszínvonalon tudjuk művelni.”
Az 1990-es évek legelején jött ki egy elméleti cikk arról, hogy ha a magasrendű felharmonikusok szinkronizálva jönnek ki abból a folyamatból, amit a rövid lézerimpulzusok generálnak, akkor azok attoszekundumos impulzushoz vezethetnének. Ez hipotézis volt, semmilyen kísérleti vizsgálat nem támasztotta alá. Felmerült a kérdés, hogy ki lehet-e fejleszteni olyan lézert, amellyel ezeket a magasrendű felharmonikusokat úgy lehet létrehozni, hogy azok fázisban legyenek, szinkronizálva jöjjenek ki az atomokból, és ennek köszönhetően attoszekundumos villanások formájában bocsájtsák ki az ultraibolya sugárzást. Bécsben Krausz Ferenc csapata volt az első, akiknek sikerült olyan lézerimpulzust létrehozni, mely egyetlen rezgési periódusból állt, és volt egy felmenő és egy lemenő ciklusa. Fél rezgés fölfelé és fél rezgés lefelé.
Ez a térerő, vagy nevezhetjük elektromos térnek is, aminek az időbeli lefolyását ez a rezgés leírja, egy erőt fejt ki az elektromos töltéssel rendelkező részecskékre, az elektronokra. Ha eléggé erős, képes egy elektront kiszakítani az atomból. De egy fél periódus múlva megváltozik a térerő iránya, ami visszarepíti az elektront az atomba, ahová becsapódik és elfoglalja az eredeti helyét. Közben óriási mennyiségű energiát ad le, mert nagy sebességre gyorsult fel az elektromos erőtérben és óriási sebességgel csapódik vissza. Az atom egy ultraibolya fénykvantumot (hullámot) bocsát ki. Az elmélet szerint tehát tudták, hogy ha ez a folyamat működik, az egy attoszekundumos impulzus létrejöttét jelenti. De akkor még nem állt rendelkezésre olyan mérési módszer, amellyel ezt bizonyítani lehetett. Öt évvel később találták meg ezt a módszert, 2001-ben, mely Nobel-díjat jelentett Krausz Ferenc számára.
Tehát egy-két hullámciklusból álló intenzív lézerimpulzusok alkalmazásával Krausz csoportja elsőként 2001-ben tudott attoszekundumos fényimpulzust létrehozni és mérni, melyet nem sokkal később arra használtak, hogy valós időben kövessék az elektronok mozgását szubatomi léptékben. Ezekkel az eszközökkel Krausznak és munkatársainak sikerült elektronokat irányítaniuk molekulákban, és először tudták valós időben megfigyelni számos alapvető elektronfolyamatot, mint például az alagutasítást, a töltéstranszportot, a koherens EUV emissziót, a késleltetett fotoelektromos hatást, a vegyértékelektronok mozgását, a dielektrikumok optikai és elektromos tulajdonságainak szabályozását. Ezek az eredmények nemzetközi együttműködésben születtek, többek között Joachim Burgdörfer, Paul Corkum, Theodor Hänsch, Misha Ivanov, Ulrich Heinzmann, Stephen Leone, Robin Santra, Mark Stockman és Marc Vrakking csoportjaiban.
Jövőbeli kutatási tervei
Még nagyobb alázattal, motivációval és lelkesedéssel követni a kitűzött célokat. Krausz Ferenc elmondása szerint sosem volt célja a Nobel-díj, vagy bármilyen más díj megszerzése. Jelenlegi célkitűzése, hogy a magyarországi CMF-projektet sikerre vigye, amihez még jó néhány lépésre van szükség.
Üzenete a magyar kutatóknak és a magyar fiataloknak
A kutatás egy csodálatos dolog, és meg tudja jutalmazni azokat, akik kitartóan hajlandóak és képesek egy cél érdekében dolgozni. Mielőtt a fiatalok erre a pályára adják a fejüket és elhatározzák, hogy kutatók szeretnének lenni, mindenképpen próbálják eldönteni, hogy ez mekkora örömöt jelent majd a számukra. A kutatásban akkor van fantázia, ha az ember örömét leli benne és igazából nem tekinti azt munkának, hanem az életének. Ekkor van esélye arra, hogy sikeres legyen.
A szülői támogatás előfeltétele annak, hogy a tehetséges fiatalok megfelelően fejlődjenek. Előfeltétele, de messze nem elégséges feltétele. A tehetséggondozás területén óriási felelősség hárul a nemzetre. Ha megnézzük a távol-keleti országokat, akkor látjuk, hogy bármennyit is tettünk ezen a területen eddig, ez nem elég! Ennél is sokkal többre van szükség. Amennyi időm a tudományos munkán kívül marad, azt jó ideje elsősorban erre szánom, és remélem, hogy az ügy iránt elkötelezett kollégákkal együtt sikerül a tehetséggondozást minőségileg egészen új alapokra helyezni hazánk jövője érdekében.
A Skandináviai Magyarok Kulturális és Tudományos Társasága (SMKTT) ezúton is köszönetét fejezi ki Krausz Ferencnek és Szivák Bernadettnek a bemutató anyag létrehozásához nyújtott segítségükért!
Kitüntetései
2024-ben az augusztus 20-i állami ünnep alkalmából megkapta a Magyar Szent István-rendet.
Carl Zeiss Research Award (1998)
Wittgenstein-Prize (2002)
Bécs Város Díja a Természettudományokért (2006)
Quantum Electronics Award (2006)
Gottfried Wilhelm Leibniz-díj (2006)
Német Szövetségi Köztársaság érdemrendje (2011)
Otto Hahn-díj (2013)
King Faisal International Prize in Science (2013)
Clarivate Citation Laureates (2015)
Fizikai Wolf-díj (2022)
Fizikai Nobel-díj (2023)
Maximilian Érdemrend a Tudományért és Művészetért (2024)
Johann Joseph Ritter von Prechtl Medal (2024)
Díszpolgári cím
Vösendorf (Ausztria)
Fejér vármegye
Könyvei
Edward A Hinds, Allister Ferguson, Erling Riis, Ferenc Krausz: Laser Spectroscopy - Proceedings Of The Xvii International Conference (2005)
Ferenc Krausz, Georg Korn, Paul Corkum, Ian A Walmsley: Ultrafast Optics IV (2004, 2012)
Ferenc Krausz: Electrons In Motion: Attosecond Physics Explores Fastest Dynamics, (2019)
Források:
https://www.youtube.com/watch?v=mjwB3LV4Mac, Interjú Krausz Ferenc fizikai Nobel-díjas magyar kutatóval, Magyarország Kormánya
https://www.youtube.com/watch?v=I2sskJOg73o, Krausz Ferenc – Út a Nobel-díjig, M5, Ez itt a kérdés, 2023
https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2023/krausz/lecture/
Kép Forrása a Nobel Foundation engedélyével