Szegény ember fizikája, avagy a géniusz diadala a pénztelenség fölött

Rudolf Ludwig Mössbauer nyolcvanadik születésnapján.

A huszadik század közepén már csak a jól felszerelt, anyagiakban dúskáló laboratóriumok számára termett babért szerte a világon. Ez fokozottan vonatkozott az atomi részecskék kutatására, ahol sokmilliós, hamarosan sok százmilliós gyorsítókat építettek, hogy felderítsék a mikrovilágban lejátszódó folyamatokat.  Ekkor vált az Egyesült Államok a kutatások zászlóshajójává. A szegény európai országok ebben a versenyben szinte behozhatatlan hátrányba kerültek. Akadtak viszont géniuszok, akik a szűkös anyagi lehetőségek ellenére világrengető felfedezéseket tettek. Ezek egyike egy huszonéves fiatal, Rudolf Ludwig Mössbauer volt, aki nem törődve az előtte tornyosuló nehézségekkel, olyan felfedezést tett, amely nemcsak a tudomány számára jelentett mérföldkövet, de az anyagvizsgálatban, sőt az ipar területén is széleskörű alkalmazást nyert. A róla elnevezett effektus ugyan kevéssé ismert a széles nagyközönség előtt, annál hasznosabb és mindennapi társa a szakembereknek.

Mössbauer, amikor megkapta a Nobel-díjat

A huszadik századi fizika e jelentős alakja nyolcvan évvel ezelőtt, 1929. január 31-én Münchenben látta meg a napvilágot. Tanulmányait szülővárosában végezte, kisebb-nagyobb kitérőkkel a bajor fővárosban zajlott eddigi élete. Annak ellenére, hogy a világ számos táján tárt karokkal fogadták őt, hű maradt e csodálatos városhoz. Ami nem mindig volt könnyű, elég belegondolni, hogy fiatalsága idején a porig bombázott, nyomorgó Németországban kellett csodát tennie. Megtette a magáét. Az érettségit a második világháború vérzivatara után 1948-ban, tizenkilenc évesen szerezte meg, ezt követően a müncheni műszaki egyetem hallgatója lesz. Tanulmányai befejeztével a heidelbergi Max Planck Intézetben képzi magát, ahol 1957-ben szerzi meg doktorátusát. Disszertációjával fizikatörténetet ír: négy év múltán a benne foglaltakért átveheti a svéd uralkodó kezéből a fizikai Nobel-díjat, amivel felzárkózik a hőskor legnagyobb alakjai, Werner Heisenberg, Louis de Broglie és Paul Dirac mellé, akik egy emberöltővel korábban ugyancsak szinte sihederként jutottak fel a tudomány Olümposzára. Mondani sem kell, hogy a legnagyobb tudományos elismerés minden ajtót megnyit előtte. A pasadenai, kaliforniai műegyetem, a híres-nevezetes Caltech kiveti rá a hálóját, úgy tűnik további életét amerikai tudósként éli le. Mössbauert azonban más fából faragták: ha már szinte a semmiből sikerült a tudomány csúcsaira felkapaszkodnia, a pénz már nem jelent számára akkora csáberőt. Ezt három év múltán személyes példával igazolja: 1964-ben a bajor kulturális miniszter első hívó szavára Münchenben terem, hogy egykori alma materében folytassa kutatásait. Ugyan 1972-ben elvállalja a grenoblei Max von Laue ? Paul Langevin intézet igazgatói tisztét, de csak öt évet tölt Franciaországban: 1977-ben már ismét Münchenben találjuk. Igazi lokálpatriótaként nem tud és nem is akar elszakadni szülőhazájától. Közben a fizika mellett szenvedélyesen zongorázik, fényképez és mássza a hegyeket.

Tudományos tevékenységét, korszakalkotó felfedezését az anyag atomi szerkezetéről, széleskörű alkalmazása ellenére, meglehetősen nehéz közérthetően megmagyarázni.

Korunk fizikája voltaképpen azzal kezdődött, hogy a tizenkilencedik század végének természettudósai tisztázni próbálták a fény kialakulásának, jellegének és terjedésének törvényszerűségeit. Ebben a munkában oroszlánrészt Hendrik Lorentz holland fizikus vállalt, aki bebizonyította, hogy a fényforrás úgy működik, hogy az atommag körül keringő elektronok energiát felvéve egy magasabb pályára kerülnek, amelyről az eredeti helyzetbe visszaugorva fényt bocsátanak ki. A gyorsan mozgó testekről viszont azt állapította meg, hogy a mozgás irányába eső méretük lecsökken, a sebesség növelésével a test tömege megnő, az idő múlása viszont lelassul. Ezzel teljesen felborította a korábbi fizikai világképet, amely a test méretét, tömegét és az idő múlását állandónak tekintette. Eszméi, hét év múltán, Albert Einstein később legendává növekedő speciális relativitáselméletében váltak ismertté a világ számára. A fénykibocsátást illetően ugyancsak Einstein állapította meg, hogy foton keletkezik, amely fénykvantumként hagyja el a fényforrást. A témakörben tett felismeréseik jelentőségét pontosan jelzi, hogy Lorentz már 1902-ben átvehette érte a fizikai Nobel-díjat, Einstein ugyancsak megszerezte ezt a kitüntetést, bár egy kicsit később, 1921-ben, a fényelektromos jelenség magyarázatáért.   A későbbiek folyamán az is kiderült, hogy nemcsak az atommagot körülvevő elektronok gerjeszthetők, amit követően fénykvantumot produkálva alaphelyzetbe kerülnek, hanem a mag is, amely pozitív töltésű protonokból és semleges neutronokból áll. Ezt a legbelső rendszert tanulmányozta Mössbauer 1955-től doktori munkája részeként. Mindössze két évre volt szüksége, hogy rájöjjön a megoldásra: a fény keletkezéséhez hasonló jelenségek az atommagban is lejátszódnak. Kísérletéhez rádioaktiv kobalt-57-es izotópot használt, amely kétszáznyolcvan nap felezési idővel ötvenhetes tömegszámú, gerjesztett állapotban levő vassá alakul. Ez viszont nagyon rövid idő – tízmilliomod másodperc ? alatt alapállapotban levő vassá bomlik, miközben nagyon rövid hullámhosszú fénykvantumot, gamma sugarakat bocsát ki. Nem mindig azonosakat: a hullámhossz sávszélessége tízezerszeres tartományban változik. Ez nem lehet véletlen: a magból kibocsátott jelről van szó. A közönséges vaspreparátumot tartalmazó szondával, amely az elnyelt energiát rezonanciaszerűen visszasugározta ? akárcsak Lorentz esetében a látható fényforrások ? meg lehetett állapítani, hogy valójában milyen állapotban van az energiaforrás. Az Mössbauer érdeme, hogy rájött, ha a fotont a kristályrácsban levő atommag sugározza ki, akkor nagyon keskeny a hullámhossz, viszont amikor szabad atomból jön a sugárzás, akkor a sáv kiszélesedik, ilyenkor ugyanis a mag ?visszalökődik?.  Mössbauer igazi elméleti szakemberként nem gondolkodott el a gyakorlati alkalmazáson, ő felismerését a Lorentz-transzformáció igazolására kívánta felhasználni. Albert Einstein nyomán vált közismertté az ikerparadoxon fogalma, amely abból a felismerésből származik, hogy a gyorsan mozgó rendszerekben az idő lassabban telik. Ezt ő ismeretterjesztő művében (A speciális és általános relativitás elmélete című munkája száznál több kiadást ért meg, ebből magyarul is vagy tízszer megjelentették) úgy szemlélteti, hogy egy ikerpár egyik tagja csaknem fénysebességgel bolygóközi kirándulást tesz. Magával vitt óráján méri az időt, eszerint egy év múlva tér vissza. Hazatérve döbbenten tapasztalja, hogy ikertestére ? és mindenki más ? a földön eközben ötven évet öregedett. Ahhoz viszont, hogy a jelenség megfigyelhető legyen, a fénysebességhez mérhető sebességre van szükség. Érdekes módon Lorentz 1895-ben megjelent tanulmányát a szakma megértéssel fogadta, annál is inkább, mivel matematikai modellnek tekintették. Viszont, amikor Albert Einstein ezeket az egyenleteket beemelte tíz évvel később megjelent dolgozatába, kitört a vihar: a szakemberek egy része, a nagyközönség meg annál inkább a newtoni fizika elleni merényletnek tekintették. Ráadásul nem is volt kísérleti bizonyíték arra, hogy a test tömege, mérete és az őt alkotó rendszerben lejátszódó idő folyása nem állandó. Mössbauer zseniális módon igazolta e jelenséget: a kobaltforrást (illetve a gerjesztett vaspreparátumot) rögzítette, miközben a közönséges vasszondát a sugárforrás körül forgatta. Ezzel elérte, amit Einstein A mozgó testek elektrodinamikája című tanulmányában leírt: milyennek látja a mozdulatlan megfigyelő a nagy sebességgel mozgó rendszer tárgyait? Mivel ez esetben atomi jelenségekről van szó, akár kis sebességen is kimutatható a jelenség. Nem tévedett: egészen más sávszélességet kapott akkor, ha a szonda mozdulatlan volt a sugárforráshoz képest, mint amikor mozgott hozzá képest. Ezzel fényesen igazolta az idő dilatációt. Így aztán nincs mit azon csodálkozni, hogy mindössze harminckét évesen vehette át felismeréséért a fizikai Nobel-díjat.  Viszont hamarosan az is kiderült, hogy a mérési módszer az anyagvizsgálatban széleskörűen alkalmazható, ráadásul olcsósága miatt a legszegényebb országok tudósai számára is hozzáférhetővé válik a kutatás. Hogy ez mennyire igaz, arra a legjobb példa az 1956-os forradalom leverését követő letargiából kilábaló magyar tudósok esete. Keszthelyi Lajos, a módszer meghonosítója 1957-ben olvasta Mössbauer cikkét, amely annyira lázba hozta, hogy minden követ megmozgatott, hogy Magyarország is bekapcsolódjon a kutatásokba. A kísérletek elkezdéséhez ? ekkor még ? a legfontosabb eszköz, a rádioaktív kobalt perparátum hiányzott. Nagy nehezen sikerült Nyugatról beszereznie, az össze többi berendezést, műszert a budapesti Központi Fizikai Kutató Intézet mérnökei fejlesztették ki. Sikerükre nemcsak az szolgál bizonyítékul, hogy hamarosan az Eötvös Loránd Tudományegyetemet, valamint az MTA Szilárdtest-fizikai és Optikai Kutatóintézetét és Izotópkutató Intézetét látták el  a kísérletekhez szükséges műszerekkel, de külföldre is szállítottak belőlük. Nem kis mértékben az ő érdemük, hogy a Mössbauer-effektuson alapuló vizsgálatok széles körben elterjedtek. Viszont a hatalom reagálása is rendkívül jellemző: a módszer magyarországi meghonosítója 2003-ban értesült arról, hogy a titkosrendőrség éberen figyelte minden percét, jelentéseket írtak, hogy miként terjeszti a ?burzsoá tudományos eszméket? szocialista hazájában. Ennek az őrületnek egyetlen hozadékaként Keszthelyi Lajos az egyik ügynöki jelentésből tudta meg, amit időköben elfelejtett, hogy 1960. december 5.-én ? tehát egy évvel Mössbauer Nobel-díjának odaítélése előtt – tartotta első beszámolóját az Eötvös Loránd Fizikai Társulatban kísérleteik eredményeiről.

A mérés műszerei

A legutóbbi fél évszázadban Robert Ludwig Mössbauer felfedezése széles körben elterjedt nemcsak a tudomány, de az ipar területén is. E nagyszerű tudós élete és tevékenysége azonban amiatt is fontos lehet számunkra, mert bebizonyította, hogy szűkös anyagi körülmények között is lehet világrengető felfedezéseket tenni. Tudósi kvalitásai mellett emberi nagysága példakép lehet a felnövekvő nemzedékek számára: az első hívó szóra hazatért, hogy tudásával honfitársait szolgálja.

MINDEN VÉLEMÉNY SZÁMÍT!

Az email címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöljük.

A következő HTML tag-ek és tulajdonságok használata engedélyezett: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>