Lézerekről a fiataloknak – elindult a Junior Szabadegyetem + FOTÓK

Megnyitja kapuit a Szegedi Tudományegyetem (SZTE) a 14-19 éves korosztály előtt, hogy érdeklődésüket felkeltő előadásokkal megszólítsa a tehetséges, új ismeretekre nyitott diákokat. Tanulhatnak és játszhatnak a középiskolások a csütörtökön elindított Junior Szabadegyetemen. A rendezvény első előadója Szabó Gábor lézerfizikus, akadémikus, az SZTE rektora volt.

A Mindentudás Egyeteme és utódja, a Szabadegyetem – Szeged 7 éves sikerének alapján a Szegedi Tudományegyetem most a középiskolásoknak indít előadás-sorozatot fiatalos témákkal és fiatal(os) előadókkal. Az érdeklődők tesztelhetik is tudásukat, hiszen minden előadást követően lehetőség nyílik 13+1 kérdésből álló Tudás-totó segítségével felmérni szerzett ismereteiket a www.u-szeged.hu/juniorszabadegyetem oldalon.

Még fényt…

A lézerek felfedezése a 20. század technika-fizikatörténetének nagyon komplex példája, sok érdekesség kapcsolódott hozzá – kezdte előadását

Szabó Gábor

. A fény képes elnyelődni, például egy folyadékban, ezt hívják abszorpciónak. Ekkor a fényrészecske, a foton gerjesztett állapotba hozza az őt elnyelő részecskét. Szintén hétköznapi példa a lámpában, villanyáram hatására keletkező gázkisülések, melyek gerjesztett állapotba hoznak részecskéket, amik sörétszerűen fényt bocsátanak ki, „amikor eszükbe jut” – magyarázta a professzor. Miért nem villog mégsem a lámpa? Mert olyan sok sörétet bocsát ki. Egy rendes, 100 wattos lámpából például 1020 sörét jön ki, de ez egy olyan fény, aminek a tulajdonságai teljesen szabálytalanok. A harmadik folyamat létére Einstein mutatott rá. Amikor egy gerjesztett állapotban levő részecskét véletlenül eltalál egy olyan foton, mint amit ki tudna bocsátani, ez a részecske a saját fotonját úgy bocsátja ki, hogy két, egymástól megkülönböztethetetlen foton jött létre – vagyis erősödik a fény. Ez az alapjelenség, amire a lézerek épülnek. Az a kérdés, miként lehet előállítani olyan anyagot, amely a fényt erősíti.

Radar, atombomba, lézer

Azt szokták mondani, hogy a radar megnyerte, a Manhattan-projekt keretében kifejlesztett atombomba pedig befejezte a II. világháborút. Ha a radart nem fejlesztik ki, más fordulatot vett volna a világtörténelem. Japán pedig az atombomba-támadás után napok alatt kapitulált. Mindkét találmányra szükség volt a lézerek kifejlesztéséhez – folytatta a történeti visszatekintést a rektor. Azok a technikák, amelyeket később lézerekhez használtak, kapcsolódnak a radartechnikához. Arthur L. Schawlow – akinek lényeges szerep jutott a lézerek felfedezésében – is csak egy rendes fizikus lett volna, ha nem jön a világháború, amikor beosztották egy hadiipari kutatóintézetbe, ahol el kellett kezdenie foglalkozni a radarokkal. A Manhattan-projekt pedig az első olyan vállalkozás volt, amikor több ezer kutató dolgozott együtt egy közös célért. A radarok alapjául szolgáló mikrohullámú technika vetette fel azt az igényt, hogy rövidebb hullámhosszakat is előállítsanak. Townes, Gordon és Zeiger építettek egy furcsa eszközt, amelyen azon a folyamaton alapul, hogy egy részecske a saját energiáját hozzáadja ahhoz az őt érő sugárzáshoz, és megerősíti azt – a mai mikrohullámú sütők frekvenciájának tízszeresével. Elindult a verseny, hogy ezt az elvet a látható fény tartományában is megvalósítsák.

Nem elég…

Egymástól függetlenül többen is rájöttek arra, hogy nem elég az, hogy olyan, például rúd alakú eszközöket építenek, amelyek erősítik a fényt. „Rá kell venni” a fényt, hogy oda-vissza járjon a rúdban, hiszen ha csak egyszer teszi ezt, akkor nem erősödik meg eléggé. A megfelelő eszközt rezonátornak hívják. 1960. május 16-án délután 4 óra körül Theodore Maiman beírja a jegyzetfüzetébe, hogy detektálta annak első jelét, hogy lézerműködést hozott létre. Ez egy rubinlézer, melynek aktív anyaga egy rubinrúd, amelyet körülvesz egy lámpa, és a rúd erősíti a benne keletkező fényt. A versenyt mutatja, hogy még ebben az évben elkészült az első gázlézer is. A lézerek felhasználása rendkívül széleskörű, a mutatópálcától a CD-lejátszón át a vonalkód-leolvasóig, a lézeres sebességmérő, vagy a szén-dioxid-lézeres műtekig – sorolta a professzor.

Szuperlézer – új távlatok

A fejlődési út a 10 sokszoros hatványain át vezet. A szén-dioxid-lézerek alkalmassá váltak arra, hogy érintésmenetesen akár a legkeményebb anyagokat is megmunkálják. Az impulzuslézerek csúcsteljesítménye időközben tovább nőtt, elérte a 100 MW-os tartományt. Az ultraibolya tartományban működő nanoszekudumos (10-9 s) impulzushosszú úgynevezett excimer lézerekkel precíz anyagmegmunkálás, akár a szem szaruhártyájának finom alakítása is lehetséges ma már. A modern szilárdtest lézerekkel – ilyen például a titán zafír lézer – igen rövid, pár femtoszekundumos (10-15 s) impulzusok állíthatók elő. Egy ilyen lézer impulzusait optikai módon megerősítve terawattos (1012 W) sőt petawattos (1015 W) teljesítményű impulzusok állíthatók elő. A Szegeden épülő ELI (Extreme Ligth Infrastructure) szuperlézer ilyen óriási csúcsteljesítményű lézerimpulzusokat fog felhasználni arra, hogy a ma előállítható legrövidebb attoszekundumos (10-18 s) fényimpulzusokat hozza létre. A szuperlézer impulzusainak felhasználásával új távlatok nyílhatnak meg például az alapvető fizikai, kémiai, anyagtudományi és orvosi terápiás kutatások területén.