Hírek

Hírek

Vendégünk volt Tóth Csaba fizikus, aki már 1992-ben hitt az attoszekundumos lézerimpulzusokban

Farkas Győzővel 1992-ben ő vetítette előre, hogy a jövőben létrehozhatók az attoszekundumos lézerimpulzusok. A lézerfizika dinoszauruszának, az amerikai T-Rex lézernek a megépítésénél is ott volt, mint ahogy a három ELI létesítmény koncepciójának kidolgozásánál is kikérték a véleményét. Tóth Csaba fizikus egy hónapon át volt az ELI ALPS vendége.

Vendégünk volt Tóth Csaba fizikus, aki már 1992-ben hitt az attoszekundumos lézerimpulzusokban

 

Fizikusnak született, vagy később találta meg ezt az irányt?

Mondhatnám, hogy már kisgyerekkoromban lenyűgöztek a fizikai jelenségek, de ez nem lenne teljesen igaz. Főképpen a prizmák, a tükrök és a lencsék érdekeltek. Ezekből távcsöveket építettem, azaz a csillagászathoz némileg vonzódtam, de semmi több. Általános iskolai fizika tanáromtól Jedlik Ányos életrajzát kaptam meg. Elolvastam, inspirálóan hatott rám, de a középiskola elején az engem akkoriban jobban érdeklő matematika felé fordultam. A soproni Széchenyi István Gimnázium matematika tagozatára jártam, ahol idővel rájöttem, hogy a kézzelfogható dolgok jobban érdekelnek. Az ELTE fizikus szakára jelentkeztem, ahol fantasztikus tanárokkal találkoztam. A legnagyobb hatást mégis az egyetemi kollégiumi élet tette rám. A délelőtti előadásokon hallott anyagot délután a sok okos fiatallal átrágtuk. A tudás elmélyítésének ugyanis szerintem az a legjobb módja, ha kritikusan viszonyulunk a hallottakhoz, ha a kétségeinket megbeszéljük az évfolyamtársakkal. Az egyetem után a KFKI doktori iskolájába jelentkeztem, ahol Farkas Győző és Horváth Zoltán volt a két mentorom. Mindketten azt vallották, hogy egy fizikus csak kísérleti, mért adatokon alapuló következtetésekkel dolgozhat.

 

Farkas Győzővel 1992-ben közösen javasoltak egy eljárást az attoszekundumos lézerimpulzusok keltésére. Ezen impulzusok kísérleti igazolása 2001-ben történt meg. Ettől az időponttól számítják az attoszekundumos tudomány születését. Honnan jött az ötlet?

Ebben Farkas Győzőnek volt meghatározó szerepe, aki akkor már két évtizede foglalkozott speciális lézerépítési technikákkal. Én 1981-ben nyári gyakorlatos hallgatóként csatlakoztam a csoportjához, azonnal bekapcsolódtam a módus szinkronizált, pikoszekundumos lézerimpulzusok előállításába és mérésébe. Az 1992-ben publikált koncepciónk alapja ismert volt a lézertechnikában: különböző frekvenciájú fénykomponensek összelebegtetése sokkal rövidebb fényimpulzust hozhat létre. Ez az eljárás a nano- és pikoszekundumos tartományban működött. Azt gondoltuk, a módszert átvihetjük a sokkal rövidebb impulzusok tartományára - matematikailag ugyanis nincs akadálya az attoszekundumos fényimpulzusok létrehozásának. Commodore 64-es számítógépen én végeztem a szükséges számításokat. Konkrét mérési adatokkal egészítettük ki a cikket, a megelőző évek nemzetközi labormérési eredményeivel támasztottuk alá ötletünket. A fizikus közösség akkor azt mondta, szép-szép az elmélet, de kétséges a kivitelezés. A következő évtizedben a kísérletek egyre közelebb vittek a megvalósuláshoz. Végül a három 2023-as fizikai Nobel-díjas – Pierre Agostini, Krausz Ferenc és Anne L’Huillier – igazolta, hogy megfelelő kísérleti körülmények esetén létrehozható attoszekundumos lézerimpulzus.

 

 

Farkas Győző és Horváth Zoltán mestereitől azt tanulta, nemcsak a lézer megépítése fontos, azzal mielőbb kísérletezni is kell, mert olyan eredményt hozhat, amit később felhasználhat egy újabb lézernél. 1992-ben miért nem próbálkoztak attoszekundumos lézerimpulzusok előállításával?

Egyszerű a válasz: nem voltak erre alkalmas berendezéseink. Akkor legfeljebb pikoszekundumos lézerimpulzusokkal dolgozhattunk a KFKI-ban. Noha a világban már léteztek festéklézerek, amelyekkel 6 femtoszekundumos lézerimpulzust állítottak elő – hasonlókkal Magyarországon először a Szegedi Tudományegyetem fizikusai, Bor Zsolt, Szabó Gábor, Rácz Béla és Szatmári Sándor foglalkoztak -, ilyen eszközre akkor a KFKI-ban nem volt pénz. Nem véletlen, hogy Krausz Ferenc is a Bécsi Műszaki Egyetemen folytatta a lézeres kutatásait. Ott ugyanis minden adott volt a femtoszekundumos kísérletezéshez.

Azt azért nem mondanám, hogy teljesen elengedtük ezt az irányt, hiszen például Pierre Agostini franciaországi laborjával közös méréseink voltak a kilencvenes évek második felében a felületi harmonikusok és a sokfotonos elektrongerjesztési folyamatok témakörében. Publikáltunk néhány cikket, de valóban nem ez volt a fő csapásirány. Farkas Győző élete végéig kulcsfontosságúnak tekintette az attoszekundumos témát. Varró Sándorral folytatták ezt a munkát – főleg elméleti szinten. Farkas Győző kísérleti területen elsősorban Dombi Péterrel és Kroó Norberttel működött együtt az akkorra már plazmonikával is átszőtt felületi nemlineáris optikai kutatásokban. Nekem közben nagyot változott az életem, hiszen egyre több időt töltöttem külföldön.

 

1992 és 1997 között felváltva kutatott Budapesten és Houstonban. A houstoni együttműködést a szegedi lézercsoport ajánlása is segítette. Miért ment az Egyesült Államokba?

Azért, hogy tapasztalatokat szerezve visszatérjek. Először egy éves együttműködésről volt szó - szilárd anyagból gőzölve ionos excimer molekulákat állítottunk elő új, vákuum ultraibolya hullámhosszú fényt kibocsátó lézerek fejlesztése céljából. Az ehhez a munkához szükséges tudásom fele megvolt, a másik felét ott szereztem meg. Általánosságban hasznosnak tartom, hogy amikor valaki témát, vagy munkahelyet vált, az új dolog ne legyen teljesen új, de ne is legyen 90 százalékban azonos a régivel. Szerintem az ötven százalék körüli arány az egészséges.

Az amerikai program sikeres volt, de elfogyott a pénz. Visszajöttem a KFKI-ba, majd az amerikai professzorom egy röntgenlézer fejlesztési programba hívott további két évre Houstonba. Útra keltem, azonban hamarosan ott is elfogyott a támogatás. Akkor komolyan felmerült bennem, hogy végleg visszatérek Magyarországra, de rábukkantam egy izgalmas állásra: egy San Diegó-i csoport olyan fizikust keresett, aki kombinálni tudja az ultrarövid impulzusok kezelésében szerzett tapasztalatait a röntgentartományban végzett kísérletekkel. Jelentkeztem a Kalifornia Egyetem San Diego-i kampuszának laborjába. Felvettek. Ott végre olyan csoportban dolgozhattam, ahol a korábbiaknál sokkal több forrás szolgálta a kísérleteket. Három év San Diegó-i munka után - ahol továbbfejleszthettem a femtoszekundumos lézerimpulzusokkal és a CPA (Chirped Pulse Amplification) technológiával kapcsolatos gyakorlati ismereteimet, és publikáltunk néhány nagy visszhangot kiváltó röntgen diffrakciós kísérleti eredményt – ismét váltani kellett. Ezúttal a csoportot összetartó és anyagilag támogató kutató, Kent Wilson professzor korai elhunyta miatt. 2000-ben tehát megint álláskeresésre kényszerültem, aminek eredményeként egy új, feltörekvő tématerülettel kezdtem foglalkozni Berkeley-ben: a plazmahullámokkal való részecskegyorsítással. Ismét világszínvonalú körülmények közé kerültem – akkor és ott dőlt el, hogy a családdal végleg az USA-ban maradunk. Itthon ugyanis továbbra is bizonytalannak éreztem az alapkutatások támogatását.

Berkeley-ben, a Lawrence Berkeley National Laboratory Wim Leemans által alapított és vezetett csoportjában ezt az új, lézeres elektrongyorsítással kapcsolatos témát akkoriban csupán három-négy ember művelte. Ez az irány azóta rohamosan fejlődő, szerteágazó alkalmazásokkal tarkított tudományággá vált. Manapság a világ közel két tucat laborjában 1000-1500 kutató foglalkozik lézerekkel létrehozott részecskegyorsítással. Ennél az utolsó szakmai témaváltásnál megint csak az vonzott, hogy az elvárt képességek felével már rendelkeztem, a másik felét ott helyben kellett elsajátítanom.

 

 

2002 körül kezdték építeni a lézerfizika dinoszauruszát, a 100 TW teljesítményű T-Rex lézert, ami 13 éves működése alatt számos kiemelkedő eredményt hozott. 2013-ban elkészült a világ első, relatíve nagy ismétlési frekvenciájú, PW csúcsteljesítményű lézere is, a BELLA-ként (Berkeley Lab Laser Accelerator) ismert eszköz. Mit tudtak, tudnak ezek a berendezések?

2004-ben volt az első jelentős nemzetközi visszhangot kiváltó kísérleti eredményünk, amit még a T-Rex-et megelőző, 10 TW csúcsteljesítményű, Godzilla fantázianevű lézerünkkel értünk el. Azt igazoltuk, hogy ultrarövid lézerimpulzusokkal és a plazma céltárgy megfelelő kiválasztásával olyan elektronnyalábokat hozhatunk létre - akár 80-100 megaelektronvoltosat (MeV) -, ami már összevethető a hagyományos módszerekkel keltett részecskenyalábok energiájával. Ezt követően 2006-ban a frissen megépült 100 TW-os T-Rex lézerrel már 1 GeV (gigaelektronvolt) energiájú elektronnyalábokat állítottunk elő. Ennek sikerén fölbuzdulva és megfelelő anyagi támogatást szerezve az USA Energiaügyi Minisztériumától (DoE), kezdhettünk neki 2009-ben a világ első, 1 Hz ismétlési frekvenciával működő petawattos lézer rendszerének tervezéséhez és építéséhez. A BELLA lézer 2013-ban készült el. Már abban az évben világrekordnak számító eredményünk volt: 4.2 GeV energiára gyorsítottuk az elektronokat. 2018-ban 8 GeV-tal megdöntöttük saját korábbi világcsúcsunkat. Egy texasi csoport 2022 környékén 10 GeV-tal hódította el az elsőséget. Közben persze nálunk is megvan a – még publikálásra váró – 10 GeV körüli elektronnyaláb, azzal fűszerezve, hogy ma már jóval stabilabb nyalábparaméterekkel tudunk 7-8 GeV-os elektronokat létrehozni, a korábbinál jelentősen kisebb lézerenergia befektetéssel.

 

Hogyan fogadta a hírt, hogy Szegeden olyan lézerközpont épül, amiről a szakma korábban legfeljebb álmodott?

Külső tanácsadóként nagy lelkesedéssel vetettem magam a közös munkába. A tervezés és az építés során egyaránt kikérték a véleményemet. Ez igaz a szegedi, a prágai és a bukaresti intézetre is. Büszke vagyok arra, hogy a három kutatóhely Közép-Európában épült meg.

 

Hogyan tekint a nagyvilág az intézetünkre?

Irigykedve. A nagyintenzitású lézerekkel foglalkozó amerikai közösség ismeri és elismeri az ELI-t. Pár évvel ezelőtt rendezték meg az Egyesült Államok lézerfizikusainak egy fontos, a távlati lézerfejlesztési irányokat kitűző találkozóját, amelynek az volt az egyik legfontosabb üzenete, hogy vigyázzunk, mert a világ elhalad mellettünk. Akkor Kína mellett Európát emlegették - a vén kontinenssel kapcsolatban a három ELI intézetet hozták fel követendő példaként. A konklúzió az volt, ha az USA nem akar lemaradni, akkor pénzt kell költeni erre a területre. Most már ott is épülnek nagy ismétlési frekvenciájú petawattos eszközök.

 

Mikor láthatjuk legközelebb az ELI ALPS-ban?

Időpontot nem tudok mondani, de az nagyon valószínű, hogy szoros marad a kapcsolatom az intézettel. A budapesti amerikai nagykövetség fellowship programjának köszönhetően (ESF – Embassy Science Fellow) egy hónapon át ismerkedtem a szegedi kutatóközponttal. Bár most visszatérek az USA-ba és a bázisom továbbra is Kalifornia és Berkeley lesz, de folytatom a közös munkát az európai kollégákkal is, hiszen például az ELI felhasználói felhívásaira érkező pályázatok kiértékelésében is számítanak a véleményemre.

 

Névjegy:

Tóth Csaba fizikus, diplomáját az ELTÉ-n szerezte, majd az MTA Szilárdtestfizikai Kutatóintézetében kutatott. 1993-tól az USA-ban - előbb a houstoni Rice Egyetemen, majd a Kaliforniai Egyetem San Diegó-i lézerlaboratóriumában - dolgozik, 2000 óta a kaliforniai Berkeley-ben kutat.

 

Fotók: Balázs Gábor

Szöveg: Ötvös Zoltán

február

11

kedd