Hogyan került kapcsolatba az attofizikával? Kérem, meséljen a kutatói-oktatói pályájáról!

A doktori fokozatom megszerzése után a Szegedi Tudományegyetemen az Optikai és Kvantumelektronikai Tanszéken a TeWaTi (TeraWatt Titán-Zafír lézer kutatócsoport) laborban ismerkedtem meg a nagyintenzitású ultrarövid lézerimpulzusok tudományával. Ebben az időben értesültem arról, hogy a Lundi Egyetemen Anne L’Huillier (az idei év egyik Nobel-díjasa) posztdoktort keres. Megpályáztam ezt a lehetőséget és Anne állást ajánlott nekem. Itt, a Lundi Egyetemen ismerkedtem meg az attoszekundumos fizikával. Egyébként már 1992-ben, amikor elsőéves hallgató voltam, hallottam Varró Sándor szemináriumát a Farkas Győző, Tóth Csaba féle attoszekundumos impulzusok cikkről (ami az attoszekundumos impulzuskeltés elvi lehetőségét vetette fel), tehát a kifejezés nem volt teljesen új. A Lundi Egyetemen eltöltött 2,5 év alatt ismerkedtem meg az attoszekundumos impulzusok keltésével, karakterizálásával és alkalmazásaival. Nagyon élveztem ezt az időszakot, sokat tanultam és ez egy nagyon motiváló környezet volt, amiben sokat tudtam fejlődni.

Az attoszekundumos tudomány nagyon megtetszett: a kísérletek és a szimulációs munka tökéletes arányban szükségeltetett a kutatásban, és abban az időben nagyon gyorsan fejlődött ez a tudományterület. A frissen indult tudományterületnek köszönhetően egy 10-20 kutatócsoportot magába foglaló, nagyon motivált, összetartó közösség tagjaként inspiráló volt dolgozni.

Hazatérésem után pedig szerettem volna továbbra is ezen a tudományterületen kutatni, és volt is néhány nyertes pályázatom, amiből a szegedi csoport el tudott indulni. Aztán 2008-ban szárnyra kapott a magyarországi ELI pillér gondolata, és az attoszekundumos tudomány egyre erősebb gyökeret eresztett Szegeden.

Varjú Katalin rendszeresen tart előadásokat az ELI ALPS lézeres berendezéseiről. Fotó: ELI ALPS

Milyen tapasztalatokat szerzett Anne L’Huillier munkatársaként? Milyen volt Vele dolgozni?

Anne L’Huillier-vel 2,5 évet dolgoztam együtt posztdoktorként a Lundi Egyetemen, de a tudományos együttműködésünk azóta is folyamatos. Az ELI ALPS egyik attoszekundumos nyalábvonalát az ő csoportja tervezte, emiatt új lendületet kaptak a közös kísérletek. Anne rendkívüli módon motivált kutató. Kivételes a kíváncsisága, amivel az elemi folyamatok megértésére törekszik, és ez rendkívül magas szintű fizikatudással párosul. Nemcsak motivált kutató, de nagyon motiváló főnök, nagyon motiváló témavezető is volt. Nagyon sokat tud a fizikáról és nagyon nagy a kíváncsisága, hogy újabb dolgokat fedezzünk fel, értsünk meg, tanuljunk meg. Abban az időben, amikor kint dolgoztam nála, változott a csoportunk mérete. Volt, amikor összesen ketten voltunk ebben a csoportban és volt, amikor nyolc embernek a munkáját irányította. Mindenkit nagyon támogatott és jól szervezte az egymást támogató feladatköröket. Akkoriban, amikor csak ketten dolgoztunk nála, nagyon sokféle feladat jutott nekem, a lézerek karbantartásában, üzemeltetésében is gyakorlatot szereztem, ami később nagyon hasznossá vált; emellett feladatom volt az attoszekundumos kísérletek elvégzése, kiértékelése. A Lundi Egyetem a LaserLab Europe szervezet részeként felhasználókat, külsősöket is fogad, tehát mondhatjuk, hogy ebben az időben nemcsak az attoszekundumos fizikával, de a felhasználók fogadásával is megismerkedtem. Anne személyisége nagyon mély benyomást tett rám, azt gondolom, hogy a mostani feladatkörömben nemcsak tudományosan, de emberként is az általa mutatott példát követem.

Szabó Gábor, Varjú Katalin és Fülöp Zsolt tárgyalás közben. Fotó: ELI ALPS

Hogyan kapcsolódik az ELI ALPS az attoszekundumos fizikához?

Az attoszekundumos impulzusok keltéséhez, vagyis az attofizika műveléséhez szükség van nagyintenzitású lézerimpulzusokra, hiszen az attoszekundumos impulzusok egy lézer-anyag nemlineáris kölcsönhatás révén keletkeznek. Tehát elég természetes, hogy egy olyan kutatási infrastruktúrában, amilyen az ELI, ami zászlójára tűzte a nagyintenzitású lézerek fejlesztését és alkalmazásait, az attoszekundumos tudomány is megjelenik.

A három létező ELI intézetben (Szeged, Prága, Bukarest) a nagyintenzitású lézerek alkalmazásainak tudományterületei kicsit különböznek, hogy együttesen a kutatási területek legnagyobb skáláját biztosíthassuk. A szegedi intézet specialitása az attoszekundumos; erre utal az ALPS-ban az ’A’ betű (Attosecond Light Pulse Source).

 Varjú Katalin laborlátogatásokat is szokott tartani az ELI-be érkező vendégeknek. Fotó: ELI ALPS

Milyen vizsgálatokra, mely tudományterületeken használják az attoszekundumos technikát az ELI ALPS-ban?

Az attoszekundumos tudomány alapvetően két kísérletcsoportot tartalmaz. Az egyik esetben magát az attoszekundumos impulzusok keltését vizsgáljuk, hiszen az intenzív lézernek az anyaggal való kölcsönhatásából az itt keletkező harmonikus sugárzásban magára az anyagra utaló jellemvonásokat, tulajdonságokat tudunk megfigyelni. Ez az anyag lehet atom, és akkor az atom viselkedése az intenzív lézertérben vizsgálható. Vagy egy molekula, a molekulák tekintetében számos ismeretet szereztünk abból, hogy a molekula tengelyének változtatása a lézer polarizációs irányához képest mennyiben befolyásolja a keltett harmonikus sugárzást, ez információt ad arról, hogy milyen a molekula elektronszerkezete. De nagyon felkapott terület, amikor félvezetőket tesznek ki intenzív lézertérnek és a félvezetőben megvalósuló elektron dinamika hoz létre magasharmonikusokat vagy egy szilárd felszínen (lézer által) létrehozott plazma oszcillációja okozza a magasharmonikusok keletkezését. Ezekben a kísérletekben magát az attoszekundumos impulzusok keltését vizsgáljuk, és mivel természetszerűen ezek a folyamatok a lézerciklusnál rövidebb idő alatt mennek végbe, azaz attoszekundumos időskálán, ez a lézer-anyag kölcsönhatás attoszekundumos vizsgálatára ad lehetőséget.

A másik csoport, ami ennek a tudományterületnek a kísérleteit tartalmazza, az az a kísérlet, amikor a létrehozott attoszekundumos impulzust használjuk valamilyen pumpa-próba elrendezésben, elektrondinamika vizsgálatára. Amiatt, hogy az attoszekundumos impulzusok ilyen nagyon rövidek, a legfőbb előnyük, hogy nagyon gyors folyamatok vizsgálatára használhatjuk őket. Ilyen időskálán az elektronoknak a viselkedését tanulmányozhatjuk. Ez az elektron lehet nanostruktúrában, lehet molekulában, vagy atomban, és ennek megfelelően különböző tudományterületeken vizsgálódhatunk.

Az elektronok alapvető építőkövei az anyagnak, és nagyon sokféle feladatuk van: az elektronok biztosítják a kémiai kötéseket, az elektronok esetleges hiánya (pl. ionizáció következtében) a kötések felbomlásához, vagy a molekula szerkezetének átalakulásához vezethet, ami gyökeresen megváltoztatja a molekula tulajdonságait. Elektronok átmenetei vezethetnek fény kibocsátáshoz, vagy változtathatják meg az anyag vezetési képességét, az információ terjedését. Az attoszekundumos tudomány jelenlegi legfőbb kérdései az atomok és molekulák kvantumos viselkedését, a sok-elektronos rendszerek elektronjainak egymásra való hatását célozzák.

Varjú Katalin és Szabó Gábor nemrég vezette körbe a Nobel-díjas Krausz Ferencet az ELI laborjaiban. Fotó: M5

Hogyan látja a fizikusok munkaerőpiaci helyzetét? Az ELI-ben milyen területeken helyezkedhetnek el a fizikusok?

A fizikusok előtt az ELI-ben és máshol is korlátlanul sok lehetőség nyitott. A fizikus a legkirályabb szakma. Ugyebár azért lesz valaki fizikus, mert kíváncsi a minket körülvevő tárgyi világ miértjeire, hogyanjaira. A képzés során a fizikusok megtanulják a fizikai világ folyamatait megérteni, leírni, és a modellek segítségével a folyamatokat előre jelezni, kontrollálni. Szóval a fizikus nagyon sokfelé hasznosítható tudással, problémamegoldó készséggel rendelkezik.

De hogy a konkrétumoknál maradjunk: az ELI-ben intenzív fény (lézer) és anyag nagyon sokféle kölcsönhatását vizsgáljuk. Fizikusaink érdeklődésüknek megfelelően foglalkozhatnak pl. molekulák lézertérbeli viselkedésével: a lézer képes molekulák kötéseit felbontani, amit gyakran a molekula szétrobbanása követ. De vizsgálhatják a lézer által létrehozott plazma viselkedését, akár extrém körülmények között is. Potenciális alkalmazás a lézeres részecskegyorsítás (elektronok, protonok), ebben az esetben a gyorsítási technológia, vagy a részecskeáram kutatásbeli alkalmazása is érdekes terület. Anyagtudomány, szilárdtestek vizsgálata, nanotudomány, és persze attoszekundumos tudomány. És a lézerek fejlesztését még nem is említettem, itt is komoly lehetőségek vannak egy fizikus kibontakozására. Egyre nagyobb teret kap a kvantumos viselkedés vizsgálata, vannak kísérleti eredményeink a fény kvantumos viselkedésére. A kutatók többsége kísérleti munkát végez nálunk, de az eredmények értelmezéséhez elméleti, szimulációs kutatást is végzünk.

Készítette: dr. Tóth Bettina

Fotók: ELI ALPS