A téridő fodrozódása – Beszélgetés Márka Zsuzsa fizikussal

A 2016-os év tudományos szenzációja volt a gravitációs hullámok észlelése, amely új fejezetet jelent a világegyetem titkainak megismerésében. Márka Zsuzsa, a New York-i Columbia Egyetem kísérleti fizikusa közel húsz éve él az Egyesült Államokban, és nélkülözhetetlen szerepe volt a gravitációs hullámokat észlelő LIGO detektorok fejlesztésében.

Update: Az interjú óta eltelt időben már Európában is kimutatták a gravitációs hullámokat, a 2017-es év fizikai Nobel-díját pedig a LIGO-t megvalósító három fizikus: Wiess, Barish és Thorne kapta.

Hogyan változott meg az életed a gravitációs hullámok észlelése óta? Túl azon, hogy – amint a médiából látszik – rengeteg kommunikációs, tájékoztató feladat hárul azokra, akik az együttműködésben részt vettek.

Kutatóként a legfontosabb, hogy a gravitációs hullámok felfedezése nem a vége, hanem a kezdete egy folyamatnak. Biztosak vagyunk benne, hogy több hasonló eseményt fogunk még látni, és a jövőben egyre pontosabban meg tudjuk majd határozni a kettős fekete lyukak viselkedését, tömegét es eloszlását a világegyetemben. Egzaktabbul tanulmányozhatjuk Einstein elméletét, esetleg eltérést is találhatunk ahhoz képest. Jelenleg két detektor működik, az újabbak beüzemelésével még több információhoz juthatunk. Hosszabb távon akár Magyarországon is felépülhet a következő generációs, még érzékenyebb detektor, ha hazánk befektet az interferométeres szakértelem kialakulásába. Óriási lehetőségek nyílnak meg, egy új tudományterület születésének lehetünk tanúi. 

Márka Zsuzsa vezetésével készült a gravitációs hullámokat érzékelő LIGO detektorok időzítő rendszere

Személyes irányításoddal készült el a LIGO detektorok időzítő rendszere. Hogyan képzeljük el ezt a rendszert?

A gravitációshullám-jel után a második legfontosabb adatunk az idő. A rendszert a GPS műholdakhoz csatlakoztatjuk, melyek a pozíción túl nagy pontosságú időadatot is szolgáltatnak. A két, egymástól háromezer kilométerre található detektor úgy néz ki, mint egy-egy L alak, melynek szárai – a detektor karjai – egyenként 4 kilométer hosszúak. A karok találkozási pontjából indított lézersugarak a karok végén található tükrökből visszaverődnek és a csomópontban ismét találkoznak. A rendszer kontrolljához – a tükrök mozgatásához, a felfüggesztéshez, a szeizmikus izolációs rendszerhez – elengedhetetlen az időzítő rendszer megbízható működése. A karok teljes hosszában több száz időzítő elektronikát építettünk, ezeknek van egy központi "agya". Az időzítő rendszer fejlesztése nyolc évig tartott, én 2009 óta vezetem a megvalósítást. A munkában az egyetemünk mellett a hanfordi obszervatórium kutatói és mérnökei vettek részt.

A fizikusok közt még ma is nagyon kevés a nő. Honnan ered a tudományos érdeklődésed?

Édesanyám kémikus volt, a nyíregyházi tanárképző főiskolán tanított, ahol később tanszékvezető lett. Talajkémia, kolloid kémia, nehézfém szennyezés volt a területe, úgyhogy a tudomány nekem természetesen jött. Jól emlékszem a doktori védésére, nyolc éves lehettem; később a kandidátusijára. Esténként alkoholos filccel írta az írásvetítő fóliákat, máskor meg egy kis programozható számológép segítségével dolgozott, és az eredményeket egy francia kockás füzetbe jegyezte le. Nagyon izgatott ez a kis gép, elcsórtam, és kiválóan megértettem a segítségével a lineáris egyenletet, amit akkor még nem tanultuk az iskolában.

Nagy váltást jelentett, hogy vegyészből képezted át magad?

Azért nem, mert mindig a fizikai kémia érdekelt, a doktorimat is ebben az irányban kezdtem. Magyarországról erős vegyész alapokat hoztam magammal. A kémia bizonyos ágai, például a kvantumkémia, vagy a statisztikus termodinamika a fizikus képzésben is megállja a helyét. Az átképzés során a kurzusok felét könnyen vettem, a másik felében keményebben kellett dolgoznom, de megérte. 

Fekete lyukak összeolvadásának szimulációja (Fotó: LIGO, SXS)

Milyen készségek kellenek ahhoz, hogy valakiből jó fizikus váljék?

Én csak a kísérleti kutatásról tudok beszámolni, amelyben érintett vagyok. Ezen a területen a legfontosabb a kitartás. A kísérleti fizikus a laborban töltött idejének 90-95 százalékát azzal tölti, hogy összerak egy kísérletet. Én eredetileg optikával foglalkoztam, a kísérleteim többségét magam terveztem es állítottam össze egy optikai asztalon. Miután az ember eltervez egy kísérletet, a megvalósításnál biztosan kiderül, hogy valami nem működik. Meg kell keresni és meg kell oldani a problémákat – vagy tervezni kell egy másik kísérletet, amely rávilágít, hogy az első miért nem működött.

Nem szoktál elkeseredni, ha valami nagyon nem sikerül?

Igazság szerint nem. A laborban dolgozva észre sem veszem, hogy telik körülöttem az idő. A gyerekek születése előtt nem ritkán éjfélig bent maradtam. Nehezen hagyom ott a munkát, amíg be nem fejeztem, amit elterveztem. Lehet, hogy a kísérlet egészében nem működik, talán holnap, sőt három hónap múlva sem fog – de szeretem, ha a nap végén elmondhatom, hogy legalább egy problémát megoldottam. Persze családdal ez nem egyszerű, a gyerekeket el kell hozni az iskolából. Viszont ha egyszer már felálltam, akkor nem viszem haza a munkát, nem rágódom rajta a vacsoraasztalnál.

Hogy néz ki egy napod, folyamatosan laborban kísérletezel?

Sajnos, ahogy telnek az évek, egyre kevesebb időt tudok laborban tölteni. Miután elvittem a gyereket az iskolába, az irodában az emailjeim átnézésével kezdem a napot. Az email elterjedésével nagyon megváltozott a tudósok élete. Egyfelől jó, hogy gyorsan tudunk kommunikálni, másfelől elvárás, hogy mindenre azonnal reagáljunk. Hetente többször tartunk egyórás telekonferenciát, ami korántsem olyan hatékony, mint a kétszemélyes kommunikáció. A LIGO együttműködés 1000 főből áll, ezen kívül más projekteken is dolgozunk. Folyamatosan ömlenek a levelek, ez rengeteg időt elvesz. Én ezt a részét szeretem legkevésbé a munkámnak. Délután bemegyek a laborba, a diákokkal foglalkozom, tanítok. Úgy kéthetente, ha valami nagyon új kísérletbe kezdek, amit magam szeretnék felállítani, vagy egy új problémát megoldani, megfordítom a napirendemet: bejövök a laborba, ki sem nyitom a számítógépet és délután ötig egyetlen emailre sem válaszolok. Ezek a legjobb napok!

Névjegy 

Márka (született Hargitai) Zsuzsa a debreceni Kossuth Lajos Tudományegyetem vegyész szakán végzett 1993-ban, de doktori fokozatát már fizikából szerezte a Tennessee állambeli Vanderbilt Egyetemen. 2006-tól a New York-i Columbia Egyetem kutatója, 2008-tól az oktatásban is részt vesz; korábban a Kaliforniai Egyetemen (UCLA) és a Kaliforniai Műszaki Egyetemen (Caltech) dolgozott. Fő érdeklődése a kísérleti fizika és az eszközfejlesztés a gravitációs hullámok, az optika és a légkörtudományok terén. Emellett jelenleg a XXI. Nemzetközi Általános Relativitáselmélet és Gravitáció Konferenciát szervezi – a szakma legfontosabb, háromévente esedékes fórumának idén júliusban a Columbia Egyetem ad otthont. Férje, Márka Szabolcs a Columbia Egyetem fizika professzora. Négy gyermekük közül a legnagyobb 16, a legkisebb 8 éves.

A karriered párhuzamosan alakul férjed, Márka Szabolcs pályájával, aki a gravitációs hullám csoport vezetője. Tudós párként van köztetek munkamegosztás?

Szabi nagyon kreatív, igazi ötletember. Szeret új területeket felderíteni és meghatározza, milyen irányban haladjon a csoport. Én nagyobb szerepet vállalok a végrehajtási fázisban, főleg a laborkísérletek megtervezésében. Hiszen az ötleteket be is kell fejezni! Több időt töltök a megvalósítást segítő diákokkal is. Szabi egyébként, amellett, hogy tele van ötletekkel, kiváló műszerépítő. Már diákként remek eszközöket épített – én inkább kísérleteket, méréseket állítok össze meglévő eszközökből, de a műszerépítésből is kiveszem a részem. Közös bennünk, hogy szeretünk olyasmivel foglalkozni, ami teljesen új. Amire még nincs megoldás, de úgy gondoljuk, megcsinálható.

Márka Zsuzsa és Márka Szabolcs

A gravitációs hullámokon kívül sok mindennel foglalkozik a kutatócsoport. Néhány évvel ezelőtt bejárta a sajtót egy lézerfüggöny híre, amely hatékony védelmet jelenthet a maláriát terjesztő szúnyogokkal szemben. Hogy áll ez most ez a találmány?

A terveink alapján várhatóan nyárra elkészül egy prototípus, amit először a laborban tesztelünk, majd Afrikában terepen szeretnénk kipróbálni. Erre talán ősszel kerülhet sor. Egy másik projekt, ami szintén Szabi ötlete, és célja a betegségeket terjesztő rovarok megfékezése: a szúnyograjok akusztikus (hang alapú) nyomkövetése. Ehhez tervezünk most műszaki eszközöket.

Nem lehet könnyű az élet megszervezése négy gyerek mellett.

A gyerekek a nyarakat Magyarországon töltik a nagyszüleikkel. Fontos számunkra, hogy szoros kapcsolatuk legyen a nagyszüleikkel. Édesanyám és anyósom remek asszony, nagyon sokat segítenek nekünk. Nyaranta csiszolódik a gyerekek magyar nyelvtudása, otthon is szereznek barátokat. Persze hiányoznak, viszont a munkában ilyenkor jelentősen megnő a produktivitásunk. Fontosnak tartom, hogy a fiatal lányok, nők tudják, hogy a tudományos pálya és a gyerekvállalás összeegyeztethető. Ma már egyre több konferencián van bébiszitter szolgáltatás. 16 évvel ezelőtt, amikor a lányom született, még nem volt ilyen. Elmentem egy konferenciára, ott álltam a tudományos poszterem mellett, karomon a babával, és úgy éreztem, senki nem vesz komolyan. Azóta sokat változott a világ, jó irányban.

-----------------------------------------------------------

Mik azok a gravitációs hullámok?

A gravitációs hullámok mozgó tömegek kölcsönhatásakor keletkeznek és ahol fénysebességgel áthaladnak, ott kis mértékben megváltoztatják a tér görbületét, vagyis a térbeli pontok távolságát.

Létezésükre Einstein 100 évvel ezelőtt az általános relativitáselmélet következményeként mutatott rá. Az 1970-es évektől közvetett bizonyítékok álltak rendelkezésre, de a technológia csak most tette lehetővé az észlelést. 2015 őszén a világ legérzékenyebb detektorai, az Egyesült Államokban található két lézer interferométer (LIGO), egy jelentős továbbfejlesztést követően, várakozáson felül hamar jelezte két távoli, összeolvadó fekete lyuk gravitációshullám-jelét. A felfedezést 2016. február 11-én tette közzé a több mint 1000 főt számláló nemzetközi tudóscsapat. Mindez új ablakot nyit a világegyetemre, hiszen eddig főként az elektromágneses hullámok jelentették a tudományos vizsgálódás alapját.

Orosz Ildikó

A cikk eredetileg a HVG Extra Nő magazinban jelent meg (2016. nyár).
Fotók: Caltech, Márka Zsuzsa