Jeges Károly, Csekő Árpád

Vermes Miklós

50.

50 év eseményei

AZ ELEKTROMÁGNESES HULLÁMOK VILÁGÁBAN

főszereplő: a lézer• 1954: Charles Townes, Arthur Schawlow

MASER – microwave amplification by stimulated emission of radiation (NH3)

• 1959 március 24. szabadalom

• 1963: előerősítő fokozat a Telstar műholddal való földi kommunikációhoz

• 1965: kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás felfedezése a Telstar antenna eltávolíthatatlan zajában

A maser (mézer)

C. Townes az elsőrubin mézerrel, 1955

Penzias és Wilson mézer erősítős antennájukkal felfedezik akozmikus háttérsugárzást, 1965

Berkeley egyetem rádióteleszkópja:csillagászatiOH-mézer észlelése1965

a lézer elv felfedezéstörténete• 1958: Townes és Schawlow kidolgozza a

lézer megvalósítás elvét

• 1959: G. Gould (Townes diákja) rubin lézert kezd építeni;

szabadalmi folyamodványát elutasítják

• 1960: a Bell Laboratórium kapja a lézer szabadalmát

• 1977-1987: Gould bírósági határozatokkal érvényesíti jogait

lézer felfedezéstörténeti képek

A. Schawlow

C. Townes

G. Gould

a lézer megvalósítása• 1960: Theodore Maiman rubin lézer (Hughes Laboratories, Malibu)• 1961: Ali Javan He-Ne lézer• 1962: Robert Hall félvezető lézer (Bászov, Javan)• 1964: Kumar Patel CO2 lézer• 1965: 8. ankét Budapest Fénytan-lézersugaras kísérletek • 1966: gázdinamikus lézerek (Bászov)• 1970-es évek: kémiai reakciókkal megvalósított lézer elv: excimer

lézerek orvosi alkalmazások• 1984: Matthews és Rosen röntgenlézer (Lawrence Livermore

Laboratory, „csillagháború”)• 1986: 29. ankét Győr Hullámok minden hullámhosszon • 1990-től rövidülő impulzus, növekvő teljesítménysűrűség • 2004 (attoszekundumos impulzus, Krausz Ferenc)

lézer úttörők

Ny. Bászov

A. Javan

C.K. Patel

A. Prohorov

T. Maiman

Ph

oto

ele

ctro

n k

ine

tic e

ne

rgy

[eV

]

Delay t [fs]

2 4 8 10 14 18 200 6 12 16 22

50

60

70

80

90

Attosecond streak camera trace

Krausz F. és mktsai:2004

holográfia• 1962: Leith és Upatnieks javasolja 3D vizuális

médiumnak Gábor Dénes találmányát

• 1962: Yu.N. Gyenyiszjuk természetes megvilágítású hologram elve

• 1964: az első hologram

• 1967: az első hologram múzeumok 1977: Gábor Dénes meglátogatja a new-york-i Museum of Holography-t 1993: az MIT múzeum átveszi a múzeum anyagát

• 2000-es évtized: holografikus CD-adattárolók

holográfia képek

Az első hologram

Holografikus adattárolás elve

Gábor Dénes

optikai üvegszálas kommunikáció• 1958: G. Gould javasolja a lézer használatát információ

átvitelre• 1966: C. Kao és C. Hockham (Standard

Telecommunications Lab.) kivitelezhetőségi követelmény: <20 dB/km veszteség

• 1970 R. Maurer, D. Keck, P. Schulz nagytisztaságú, homogén üveg

• 1977 Nippon Telegraph and Telephone Ltd. veszteség <0,5 dB/km;üvegszálas kommunikáció Chicago és Boston között

• 1990: Bell Laboratories 2,5Gbit/s adattovábbítás 7500 km-re regeneráció nélkül

• 1998: Terabit/s átviteli sebesség elérése

Optikai üvegszál

Tyndall kísérlete, 1870

CD DVD ?• 1965: J.T. Russel találmányi bejelentése lézeres

beégetésű hang-kódolás elvére• 1969: K. Campaan lézeres kódolású kompakt lemez• 1970: Campaan és Kramer (Philips) demonstrációs

üveglemez elkészítése• 1978: Sony-Philips együttműködésA Tokió-protokoll digitális audio lemezekre:

anyag, adatfelírás és olvasás iránya, lézertipus, lemezméret, kódolási eljárás, mintavételi frekvencia

• 1980: a kereskedelmi verseny kezdete

Őskori CD lejátszók

Sony CDP-101 – az első kereskedelmi kompakt lemezjátszó

"Goronta" az első CD lejátszó, 1981.

CD DVD ?

• 1984: Sony Disc-Man

• 1988: Írható CD, interaktív CD

• 1996: DVD

• Tendenciák kék lézer (405nm)

2003: HD DVD (rétegenként 15GB)

2002: Blu-ray (rétegenként 25 GB)

2006: kék-lézer dióda tömeggyártás

HD DVD Blu-ray HVD?

NMR MRI• NMR 1946-1950 F. Bloch, E.M. Purcell

Változó mágneses tér rezonáns spinátfordulást indukál homogén mágneses térrel rendezett beállásra késztetett mag mágneses momentumokra (I Rabi)

Relaxáció során kisugárzott jel alakja érzékeny a mag környezetére

anyagkutatás

NMR MRI• 1970-es évek eleje: R. Damadian (orvos)

Rákos daganatokból származó jel relaxációs ideje jóval hosszabb az egészségeseknél

• 1972: szabadalom; „Apparatus and Method for detecting Cancer in Tissues”

• 1973: P. Lauterbur (vegyész) „Image foormation by induced local interaction: examples employing magnetic resonance” (Nature-cikk: két kémcső megkülönbeztethető képe, mágneses térgradiens alkalmazásával)

• 1974: az első egésztest MRI készülék (EMIPhilips)• 1975: R. Ernst időben váltogatott térgradiens alkalmazása• 1983: Első kereskedelmi pásztázó MR-készülék Európában• 2003: kb. 10.000 MRI készülék működik a világban

NMR MRI

E. Purcell F. Bloch P. Mansfield P. Lauterbur

R. Damadian ... és (elképzelt) szabadalma

Tanári ankét Székesfehérvár 2005

„lerádióz a riporter...”• 1960: J. Drake SETI

(Search for Extraterrestrial Intelligence) kísérletTau-Ceti irányában figyelés és elemzés

I.Sklovszkij, C. Sagan, Marx György• 1963: Big Ear Ohio State Univ. SETI programjában,

1998-ig a világ legnagyobb rádióteleszkópja• 1979: Serendip-program (Univ. of Berkeley)

kihasználatlan rádiótávcső időben regisztrál• 1999: SETI@home program indulása,

az egyik legnagyobb földi kutatási projekt, internetről letöltött regisztrátum saját PC-n történő elemzése, 2007: civil tudomány (>3 millió résztvevő)

Tanári ankét

Debrecen

1994

kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás

• 1964-65: „Boys we are scooped” (Dicke, Peebles, Roll, Wilkinson)

A. Penzias, R.W. Wilson (Nobel díj, 1978)• 1983: Relikt-1 szovjet CMB anizotrópia műhold• 1990: COBE FIRAS fekete test sugárzási görbe kimérése• 1992: COBE DMR anizotrópia: 1/100.000

COBE Nobel díj, 2006• Ezredforduló: BOOMERang, MAXIMA léggömb

kísérletek, DASI polarizáció mérés • 2001: Wilkinson MAP hőmérsékleti anizotrópia és

polarizáció nagyfelbontású térképe• 2007(?): PLANCK

röntgen-csillagászat• 1963: Limited Test Ban Treaty ellenőrzése Vela-kettős

műhold család, Földdel ellentétes irányú röntgen forrásokat jelez– R. Giacconi Nap röntgentartománybeli vizsgálata rakétán

elhelyezett detektorokkal (Nobel díj, 2002)

• 1965: Coma halmaz kiterjedt röntgenforrás (léggömb)• 1969: Vela -- első kozmikus gamma kitörés felfedezése

(1045J) • 1970: Uhuru műhold (röntgentávcső) 339 forrás• 1978: Einstein Obszervatórium 7.000 forrás• 1990: ROSAT német-amerikai műhold: 60.000 forrás• 1999: Chandra-műhold (fekete lyukak sokasága)

25x felbontás a ROSAT-hoz képest

Az ég röntgenképe

R. Giacconi

Vela 5-b

ROSAT ég-térkép

Chandra

Chandra Rák ködROSAT

elektromágnesesen polarizált vákuum

• 1965: Kvantumelektrodinamikai Nobel díj (Feynman, Schwinger, Tomonaga)

• a pozitív töltésű müon mágneses momentumának eltérését Bohr magneton egységben a Dirac egyenlet jóslatától a VÁKUUM POLARIZÁCIÓ okozza:

• 2004:

(g-2)/2(kísérlet) = 11 659 214 x 10-10

(elmélet) = 11 658 472 x 10-10

10 jegy pontossággal azért még nem értjük a vákuum elektromágneses természetét

nukleon kvarkszerkezetének elektromágneses letapogatása

• 1968-1970: SLAC-MIT kísérlet Stanfordban

J.L.Friedman, H.W. Kendall, R.E. Taylor Nobel díj 1990• 1973-77: Elektron-pozitron szétsugárzási kísérletek (SLAC,

DESY)

álló foton keltése, amely kvark-antikvark párrá esik szét

– új kvarkfajták felfedezése

B.Richter, S.S.C. Ting Nobel díj 1976• 1982-1983: Egységes elektromágneses és gyenge erőtér

kvantumainak, „nehéz fotonoknak” felfedezése (W,Z)

C. Rubbia, S. van der Meer Nobel díj 1984

kvarkszerkezet

Elektronok fotonnal tapogatják le a kvarkszerkezetet

Álló foton (vagy Z0) bomlása kvarkpárba

B. Richter

elektromágneses makroszkopikus kvantumvilág

• Einstein, Rosen, Podolsky 1935, Schrödinger 1935

• John Bell, 1964 A kvantumrészecskék tökéletesen elveszítik egyéniségüket önazonosságukat

• 1982: A. Aspect Ca gerjesztett állapotának kaszkádbomlásában keletkező két foton korrelációja sérti a klasszikus (rejtett paraméteres) valószínűségi várakozást

• 1995: P. Kwiat, M. Reck BBO nem-lineáris kristályban kettéhasadó foton „leányainak” lefényképezése és összefonódásuk bizonyítása

• 1998: A. Zeilinger és munkatársai: kvantum összefonódás fennmaradása 400 m (Innsbruck campus)

elektromágneses makroszkopikus kvantumvilág

• 2003: Genf- Bernex-Bellevue üvegszálas továbbításösszefonódás fenntartása 10 km távolságon

• 2005: Zeilinger intézet szabad levegőben Bécs belvárosa felett (éjjel) 7,5 km

• 2006-2007 eleje: Zeilinger intézet „téli vakáció” Tenerifén: 144 km szabad levegőben (és eredményes kvantumkód-kiosztás)

Technológiai alkalmazás kulcsa a kvantumkoherencia fenntarthatósága: kvantumszámítás, kvantumtitkosítás

Kísérletek ikerfotonokkal

J. Bell

A. Aspect

A. Zeilinger

Tartsuk az elektromágneses sugárzást

a fizikaoktatás középpontjában!

• 1962: J.D. Jackson tankönyve

Klasszikus elektrodinamika 1. kiadás

• 2004: magyar kiadás a 1999. évi angol 3. kiadás alapján

Tanári ankét Debrecen 1994