Az első mikromásodperc „második fele”

Hogyan került az ELTE fizika szakjára?
A Budapesti Piarista Gimnáziumba jártam, ahol bár nem volt hangsúlyos a természettudományos oktatás, a felvételit segítendő voltak különböző ilyen irányú fakultációk. A szüleim mérnökök, így én is mérnök szerettem volna lenni, egészen a harmadik osztályig. Aztán a fizika órán a tanárunk sokszor mondta valamire, hogy „ezt nem mondom el, majd az egyetemen megtanuljátok” – így kíváncsi lettem. Közben elkezdtem tudományos ismeretterjesztő könyveket olvasni az univerzum keletkezéséről és a részecskefizikáról. Nagyon érdekelt a téma, így harmadik osztály végére, a negyedik osztály elejére eldöntöttem, hogy fizika szakra megyek. 1998-ban érettségiztem, majd az első évet az innsbrucki Ferenc Lipót Egyetemen töltöttem, azután iratkoztam be az ELTE fizika szakjára.

Az Egyetem legfiatalabb oktatójaként került fel az 50 legtöbb független hivatkozást gyűjtő oktató-kutató listájára. Milyen témákkal foglalkozik?
Az úgynevezett nagyenergiás fizika a szakterületem, nem egyértelmű, hogy ennek a tudományágnak mi a magyar megnevezése: szokták nagyenergiás részecskefizikának vagy nagyenergiás nehézion-fizikának is nevezni. A nagyenergiás részecskegyorsítókban levő ütközések elemzésével foglalkozom, például az ütközések hidrodinamikai vagy kvantumstatisztikai leírásával. Ezen kívül olyan kísérletekben is részt veszek, mint a PHENIX. Az említett magas hivatkozási szám is nagyrészt ennek az együttműködésnek köszönhető, és természetesen másképp értékelendő, mint ha kizárólag kevésszerzős publikációkkal értem volna el ugyanezeket a számokat.

Melyek a PHENIX-együttműködés céljai?
Brookhavenben, New York államban működik az egyik nagy részecskegyorsító, a RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider), amely az itthon is széles körben ismert svájci CERN LHC gyorsítójához hasonló, ahol például az említett listán előkelő helyen szereplő Veres Gábor kutatásai is zajlanak. A RHIC-nél található a PHENIX együttműködés. A RHIC gyorsítóban az ősrobbanás utáni néhány mikromásodpercben jelenlevő anyagot próbálják újra létrehozni. Tudjuk, hogy az atomok 380 ezer évvel az univerzum keletkezése után jöttek létre, azelőtt ionok és elektronok töltötték ki a világegyetemet. Ahogy megyünk vissza az időben, egyre kevésbé összetett dolgok léteztek: az első mikromásodpercben nem voltak se atommagok, se protonok, se neutronok. A RHIC kísérleteiben azt próbálják rekonstruálni, hogy mi volt a proton és a neutron előtt, az őket alkotó kvarkoknak milyen „levese” létezett. A PHENIX együttműködésben is ezt vizsgáljuk. A gyorsítóban egymással szemben keringenek az atommagok, és egymással ütköznek. Az ütközési pont köré telepítették a PHENIX nagy detektorrendszerét, amely észleli az ütközésben keletkező, majd onnan kirepülő részecskéket. Az együttműködés egyik legfontosabb eredménye talán az a 2005-re összegzett felfedezés, amely szerint az anyag, ami az ősrobbanás első mikromásodperceiben létezett, folyékony halmazállapotú. Sőt, ez az ún. kvark-gluon plazma inkább egyfajta szuperfolyadék: nincs viszkozitása. Ez valami olyasmit jelent, hogy ha egy pohárba beletennénk, nem robbanna fel hatalmas nyomása és hőmérséklete miatt. Ha megkevernénk, örökké keringene. Fontos még megemlíteni, hogy a PHENIX együttműködésben való részvételünk az ország anyagi forrásainak lehető leghatékonyabb felhasználása: semmilyen tagdíjat vagy hozzájárulást nem kell fizetnünk, sőt, általában helyi pályázatokon a kiutazásra is kapunk minimális támogatást. A PHENIX-Magyarország együttműködés témavezetője vagyok, melynek tagjai Nagy Márton (ELTE), Csörgő Tamás (Wigner FK), Novák Tamás (Wigner FK) és Szikai János (Wigner FK) kollégák is.

Melyek azok a legfontosabb információk, amelyeket most ismerünk az ősrobbanásról? Melyek a tudományterület aktuális kérdésfeltevései?
Bár ez inkább az asztrofizika területe, azt mondhatom, hogy jelenleg a lehető legszélesebb körben elfogadott tudományos konszenzus szerint volt ősrobbanás: van 4-5 nagyon fontos tény és kísérleti bizonyíték, amit eddig máshogy nem sikerült megmagyarázni. Az egyik legfontosabb érvnek például a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzást tekintik, ami betölti a világegyetemet: bármerre nézünk, ezt látjuk. Ez az ősrobbanás utáni, pontosabban az atomok létrejötte után (hiszen attól kezdve lett „átlátszó” az univerzum a fény által) elszabadult elektromágneses sugárzásnak a mostanra hozzánk érő formáját jelenti. A másik a Hubble-törvény. Ugyanis azt látjuk, hogy a százmillió vagy milliárd fényévre levő galaxisok meghatározott minta alapján távolodnak tőlünk. Pontosan olyan minta alapján, ami egy robbanáshoz hasonlít. Az ősrobbanás pillanatát nem tudjuk leírni, nem tudjuk az első pillanattól rekonstruálni az eseményeket. Az ősrobbanásról azt gondoljuk, hogy valamiféle szingularitásból indul, tehát, hogy egyetlen pontból történt ez a robbanás – ezt az általános relativitáselmélet írja le. Viszont ezt egyelőre nem tudjuk összeegyeztetni a kvantumelmélettel. Rengeteg kérdésfeltevés és érdekes irány van, amely ezt a kérdéskört kutatja, azonban ezek kevéssé lelnek támogatásra a kísérleti tényekben. A laboratóriumban mindenesetre az első mikromásodperc „második felét” tudjuk rekonstruálni, az első szakaszok fizikája egyelőre az elméleti számítások terepe csak. Ugyanakkor érdekes megemlíteni, hogy a várakozások szerint a nagyon kezdeti időszakban keletkező gravitációs hullámok keresésével az Atomfizikai Tanszék kutatói is foglalkoznak, többek között Frei Zsolt, Kocsis Bence és Raffai Péter.

Számos kurzusa van, ismeretterjesztő előadásokat tart, már habilitált is, tudományos diákköri hallgatói vannak. Szeret tanítani?
Bár régen nem merült fel bennem igazán, hogy tanítással is foglalkozzam, de így alakult, és nagyon megszerettem, nagyon motivál. Alapvetően nem mindig a szűk tudományágam ismereteit oktatom, a nagyenergiás nehézion-fizikával az ELTE-n csak néhány hallgató foglalkozik egy-egy évfolyamban. Ugyanakkor alaptárgyakat oktatok, de ezt legalább annyira szeretem, mert érdekes kihívásnak tartom például, hogy hogyan tudom a környezettan szakos hallgatóknak úgy elmagyarázni a fizikát, hogy megértsenek belőle valamit annak ellenére, hogy eredetileg nem annyira érdekelte őket. Továbbá mindig igyekszem aktuális tudományos kérdéseket az alapszintű tananyagba is belefűzni – hogy mekkora sikerrel, annak már a hallgatók a megmondhatói.

Mi foglalkoztatja jelenleg?
A nagyenergiás fizika egyik aktuális érdekes kérdése, hogy milyen fázisai vannak a kvarkanyagnak, hogyan alakul vissza az atommagban is látott anyag formájába. Nem világos, hogy ez az átalakulás inkább a jég vagy a vaj olvadásához hasonló-e: azaz a fázisátalakulás mikéntjét kutatjuk, például kvantumstatisztikus korrelációk segítségével. Személy szerint számomra ez az egyik legaktuálisabb kérdés; de emellett a kvarkanyag időfejlődésének hidrodinamikai jellegű fenomenológikus elméletének új aspektusait is keresem, új típusú modelleken keresztül. Bár a kvarkanyag felfedezése megtörtént, tulajdonságainak megismerése gyerekcipőben jár. A PHENIX a közeljövőben jelentős átalakulásba kezd: a superPHENIX detektorrendszerré alakul át, azután pedig a RHIC gyorsító programjához illeszkedően elektronok és atommagok ütközéseit észlelő detektorkomplexum kifejlesztésére lesz szükség. A munka tehát nem áll le, szeretnénk még sokáig a gyümölcsöző együttműködés aktív résztvevői lenni.

A cikk az ELTE Rektori Titkárság gyakornoki programjának keretében készült.