Fizikusnő a gravitáció bűvöletében

Debrecen - A mért adatok alapos elemzése változtathat a világról alkotott elképzeléseinken.Valaha a várakból, tornyokból őrök figyelték a környéket, közelít-e a folyón a hajók épségét veszélyeztető hullám, hol történik valami, hova kell a gyors segítség. A gravitációs hullámok megfigyelésére szolgáló obszervatóriumok hasonló célt szolgálnak. Egy ilyen obszervatórium építése akkora összeg, hogy azt az USA-ban is a kongresszusi jóváhagyást igényel. Öt hasonló épült a világon. Hogyan kerül mindehhez közel egy debreceni kutató fizikushölgy, aki huszas éveinek második felében jár?

Infrahang-mikrofonok

Fenyvesi Edit 2011-ben szerzett fizikusi diplomát, majd doktori (PhD) kutatásokba fogott a Debreceni Egyetem Kísérleti Fizikai Tanszékén. 2014 őszétől az Atomki (MTA Atommagkutató Intézet Debrecen) elektronikai osztályán dolgozik a Gábor Dénes-díjas Molnár József vezetése mellett.

Amikor felkeresem, egy monitoron keresztül éppen az egyik gravitációshullám-detektor adatait vizsgálja. Nézem, amint pörgeti a számsorokat, meg-megáll, aztán elemzi, utal-e bármi is egy gravitációs hullám beérkezésére. Rögtön a téma közepébe vág, s közben fémesen csillogó, érdekes, henger alakú szerkezeteket, infrahang-mikrofonokat mutat.

– A gravitációs hullám nem más, mint a téridőn keltett „hullámverés”, melyet például a Tejútrendszer központi régióiban végbemenő hatalmas tömegek intenzív kölcsönhatásai, vagy akár még az ősrobbanás váltott ki – a mai tudásunk szerint bő 13,7 milliárd éve. Az infrahang-mikrofonnal detektálni lehet a 20 Herz alatti frekvenciájú rezgéseket, infrahangokat is, amiket a fülünk már nem érzékel. E hangok állandóan jelen vannak a környezetünkben, és mindenre hatnak, amit elérnek. Ha az e célra épített obszervatóriumban nem tudjuk megfelelően detektálni a környezetből származó infrahangokat, akkor aligha tudjuk leválasztani a hatásaikat a kimutatandó gravitációs hullámok hatásairól – magyarázza, és a nagy elődökre utalva meséli:

– Felfedezése óta fejlődött a gravitációról alkotott képünk is. Amikor Albert Einstein 1916-ban a relativitás-elméletről írt, munkájában a gravitáció egy addig nem ismert, új elméleti leírását adta meg. Tisztán elméleti úton arra az eredményre jutott, hogy a nagy tömegű testek környezetében jelentősen deformálódik a téridő szerkezete, és elhajlik a fény is. A fényelhajlás jelenségét 1919-ben ki is mutatták. Ismert a gravitációs lencsehatás is, ami nem más, mint közvetett bizonyíték a fény nagy tömegű anyag melletti elhajlására. Ma a világűrben mérő eszközök és űrtávcsövek ontják az Einstein elméletét igazoló további adatokat, sőt, a GPS például nem is működne megfelelő pontossággal az elmélete nélkül. Einstein megjósolta a gravitációs hullámok létezését is, amit később mások közvetett úton igazoltak. A közvetlen detektálás azonban máig sem sikerült – teszi hozzá.

Más célra is jó lehet

Mint mondja, ez a tény nem hagyja nyugodni a fizikusokat, igyekeznek mindent megtenni, hogy bizonyítsák a gravitációs hullámok létezését. Mire volna jó, ha ez sikerülne?

– Ez feltáró alapkutatás, ami a világképünk fejlődését eredményezheti. Ám a méréseket lehetővé tevő eszközök és a fejlesztések más eredményei legalább annyira fontosak és jelentősek, mint maga a mérési eredmény és a felfedezés. Kihat az optika, a lézer-, a vákuumtechnika, az anyagtudomány és számos más tudományterület és alkalmazás fejlődésére is. A detektálást megnehezítő zajok egy részéért az infrahangok a felelősek, melyek forrásai például a földrengések, a széllökések, de akár még a távoli repülőgépek is. Fontos tehát az infrahangok érzékelésére alkalmas, igen érzékeny mikrofon kifejlesztése, ami – nem mellesleg – akár a kardiológus, vagy a bálnák kutatásával foglalkozó szakember számára is hasznos lehet.

Szellemi szpartakiád

Az Atomkiban a Molnár József vezette csoport éppen a gravitációs hullámok detektálhatósága érdekében fejleszti az infrahang-mikrofonokat, közösen a Frei Zsolt professzor (Eötvös Lóránd Tudományegyetem, Budapest) által vezetett Eötvös Gravity Research Group szakembereivel. Fenyvesi Edit, aki részt vesz a fejlesztésben, és máris sok tapasztalatra tett szert a mikrofonok jeleinek feldolgozása terén.

– Sokan dolgoznak a gravitációs hullámok közvetlen kimutatásán. Az elméleti fizikusok vizsgálják a téridő megváltozásait eredményező jelenségeket, és megbecsülik a detektorokkal megfigyelhető hatásokat. Mások, köztük az Atomki szakemberei igyekeznek ezeket a hatásokat megtalálni a mérések során kapott nagy tömegű adat kiértékelése révén. Az USA-ban működő LIGO ontja az adatokat, azokban egymásra rakódva van egyszerre jelen a mérendő, a fizikai szempontból érdekes jel, és minden más eredetű jel (zaj). Először le kell választani azokat a zavaró jeleket, amiknek ismert az eredete, vagyis tipikusak. Az így valamelyest „megtisztított” jel már könnyebben elemezhető. Ez egy nagy szellemi szpartakiád. Máshol is vannak kutatók, akik megkapják az adatokat. Valószínű, hogy végül csak néhányan vesznek észre majd igazán új, eredeti összefüggéseket – mutat rá.

Nincs messze az idő

Laboratóriumi körülmények között ma még nem tudunk mérhető erősségű gravitációs hullámokat kelteni. A fizikusnőtől tudom, hogy az USA-ban, Németországban, Ausztráliában, Olaszországban és Japánban már épült egy-egy obszervatórium a világűrből érkező gravitációs hullámok megfigyelésére. A Világegyetem bizonyos folyamatai esetén csillagnyi méretű tömegek rendeződnek át néhány perc, vagy akár rövidebb idő alatt, elképesztően erős gravitációs hullámok keletkezhetnek, majd terjedhetnek tova. Ha egy ilyen hullám eléri a földi obszervatóriumokat, és sikerül kimutatni, akkor fontos híreket kaphatunk a kozmikus folyamatokról. Azt remélik a kutatók, hogy már nincs messze az az idő, amikor a mért adatok alapos elemzése megváltoztatja a világról alkotott elképzeléseinket, tudásunkat.

- Veress Tibor -