Vámi Tamás Álmos kísérleti fizikus szakterülete a részecskefizika és a kvantumelmélet: kutatásának célja a szuperszimmetrikus részecskék felfedezése. Az ELTE-n elvégzett mesterképzés után jelenleg PhD-képzés keretében folytatja tanulmányait a Johns Hopkins Egyetemen az USA-ban, Baltimore-ban.
Vámi Tamás Álmos nemcsak a modern fizikában jártas, de nagyon jó tolmács is: a laikus kérdező nyelvén is képes megfogalmazni a tudományos munkának a lényegét, aminek a célja az egész univerzumra érvényes leírás, modell megalkotása. A beszélgetésből kiderül, mit jelent az idő és a tér szimmetriája, és miért boldogabbak a fizikusok már száz évvel korábban, mint mindenki más.
Hogy kerültél az USA-ba?
Gyakorlatilag középiskolás korom óta dolgozom a CERN-nek, és már a kezdetektől sokat működtem együtt a hopkinsos professzorokkal, kollégákkal. Két másik, tudományos tekintetben hasonló színvonalú opció volt Hamburg és Svájc – az amerikai döntés mellett a kulturális kihívás is szerepet játszott. A Johns Hopkins egy top 15-ös egyetem a világon, és az ottani témavezetőm az egyik legnagyobb szaktekintély a kutatási területemen. Az USA-ban a PhD más rendszerben működik, mint nálunk, a mesterképzésemet akkreditálva nekem négy év kutatómunkát jelent.
Nekem utoljára gimnáziumban volt közöm fizikai tanulmányokhoz – szeretném, hogy mint egy hozzá nem értőnek, két kérdésére választ adva elmagyaráznád a szakterületed lényegét. Az első, hogy a szimmetria elve miért olyan fontos a fizika számára, illetve hogy mi a jelentősége a szuperszimmetrikus részecskék felfedezésének?
Először a nulladik kérdésre szeretnék válaszolni: a középiskolás fizikának az égvilágon semmi köze nincs a modern fizikához. Mert mi a fizika célja? Hogy leírja a világot. És mit csinálunk a középiskolában? Veszünk valami szuper absztrakciót, például egy lejtőt, aminek 30°-os dőlésszöge van. A valóságban a lejtő sosem lesz olyan egyenes, mint amiről az órán tanulunk. Nekem az egyetemen óriási meglepetés volt, hogy amit egészen addig fizikának gondoltam, az nem az. Ennek egyrészt az az oka, hogy a világ leírására alkalmas általános módszerek megtanításához olyan matematikai elemek kellenek, amikkel középiskolában legkorábban a 12. osztályban találkozhatunk.
És akkor a szimmetriák: a szimmetriák valóban a legfőbb vezérlő elvek a modern fizikában. A szimmetria azt jelenti, hogy ha valamit csinálok egy dologgal, ugyanazt kapom vissza: ha van egy köröm, és azt elforgatom, akkor az ugyanaz a kör lesz, ugye? Az az érdekesség, hogy a nagy megmaradó mennyiségek mind szimmetriákhoz kapcsolódnak, ilyen például az energia. Mindenki ismeri, használja ezt a szót, de mit is jelent valójában? Az, hogy az energia „megmarad”, azt jelenti, hogy ha más-más időpontban mérem meg az univerzumban – ma, holnap, egy évvel ezelőtt, tízmillió évvel ezelőtt vagy harmincmillió évvel ezután – ugyanazt az értéket kapom. Ez az időnek a szimmetriája, és gyakorlatilag ez definiálja az energia fogalmát – az a mennyiség, ami nem függ attól, hogy mikor mérem meg. Aztán az, hogy nem számít, hogy hol csinálom meg a kísérletemet: Genfben vagy Japánban, vagy akár az űrben ütköztethetünk részecskéket, annak az eredménye ugyanaz. A helynek a szimmetriájából az következik, hogy a lendület marad meg. Ha egy szimmetria érvényesül, akkor van valami megmaradó mennyiség – ez a tétel a modern fizika alapköve, amit egy női matematikus, Emmy Noether fedezett fel. A szimmetriák azért lényegesek, mert azokból levezethetőek azok az elméletek, modellek, amik mindent leírnak a világegyetemben. Ha megtaláljuk, a fizikus társadalom boldog lesz, aztán ötven-száz év múlva – amikor már használni is tudják az elméletet – az egész társadalom is. Tehát a fizikusok száz évvel korábban boldogabbak, mint mindenki más.
És a szuperszimmetrikus részecske?
Eddig bárhova néztünk a naprendszerünkben, a részecskefizika standard modellje mindenhol érvényes elméletnek bizonyult. Vannak viszont olyan galaxisok, amik például kicsit gyorsabban forognak, mint amit a jelenlegi modellek jósolnak, ezért kell, hogy létezzen valamiféle „sötét” anyag, amit mi nem látunk a teleszkópjainkkal. A modell ilyen jellegű hiányosságaira ugrunk rá mi, phd-sek. Ha a modell jelenlegi szimmetriacsoportját tudnánk bővíteni valamivel, akkor egy matematikailag egyszerűbb képlet megmagyarázhatná a sötét anyagot, vagy például azt, hogy miért van több anyag, mint antianyag (aminek tulajdonképpen a létezésünket is köszönhetjük az ősrobbanás után). Ennek a matematikai csoportnak a nevéből származik a szuperszimmetrikus fizika ága. Ez egy nagyon szép dolog, és azért is szeretjük, mert egyszerű, és mindent megmagyaráz. Viszont a fizikában nem az számít, mennyire szép vagy egyszerű egy elmélet, az számít, hogy igaz-e vagy sem – ennek a kiderítésével foglalkozom én.
Tavaly Bangkokban rendeztek konferenciát a kapcsolódó kutatásokról. Milyen eredménnyel zárult ez a szimpózium?
A tudományos kutatásoknál az utolsó lépés az eredmények kommunikálása, az előtte lévő lépés a tudóstársadalommal történő kommunikáció: a bangkoki konferencián a kollégákkal osztottam meg az eredményeket, amikre ők reflektáltak. Ez egy óriási kollaboráció: a világ összes tájáról 3500-an dolgoznak azon a területen, amelyen én is.
Hogyan tud ez a közös munka jól működni ennyi ember között?
Elsősorban online. A konferencián nem vett részt mindenki, körülbelül 300-an voltunk, és egy komoly menedzsment osztja be csoportokba az embereket különböző szempontok alapján. A CERN-ben lévő részecskedetektor működésének az egyik aspektusa, hogy a belőle kinyert adatok legyenek értelmesek. A szuperszimmetrikus részecskék utáni kutatásomon kívül én az egyik ilyen feladattal megbízott csoportnak vagyok a vezetője.
Mit jelent az „értelmes adat” a munkádban?
Van egy három-négy emelet magas henger, a detektorrendszer, annak a közepén van egy 1 méter hosszú és 30 cm átmérőjű pixel detektor: ez a detektorrendszer egyik legfontosabb eleme, hiszen ez van legközelebb az ütközésekhez. Ez a detektor három dimenzióban készít „fényképeket”, és minden egyes „fénykép” 125 millió pixelt tartalmaz (míg egy mostani telefonnal 15 megapixeles képet tudnak csinálni). A másik, hogy másodpercenként 40 millió képet készít. A munkám alapvetően egy szoftveres dolog: azon dolgozom, hogy amit kiolvas az elektronika, az valós eseményeknek legyen a „fényképe”. A másik érdekesség, hogy egy pixel mérete 100 mikron X 150 mikron – mi 10 mikron nagyságrendű dolgokat tudunk kiolvasni azon belül. Ehhez nagyon sok kalibrációt kell elvégezni. Az adatok felvétele után összehasonlítjuk az eredményeket az univerzumról készített szimulációval – a különbségek mutatják meg, hogy mik azok, amik a mi tudásunkon még túlmennek, mint például a szuperszimmetrikus részecskék jelenléte.
Mit kommunikálhatsz a kutatásaid, illetve a konferencia eredményeiről?
Annyit elmondhatok, hogy nem találtuk meg a szuperszimmetrikus részecskéket – ha megtaláltuk volna őket, arról tudnál. A kutatás eredményeit abban lehet megjelölni, hogy meg tudjuk mondani, hol van a határa a megalkotott elméletnek, úgyhogy a nemeredmény is óriási eredmény, mert tanultunk valamit az univerzumról. És az univerzumról eddig azt tanultuk, hogy a szuperszimmetrikus részecskék elemi részecskék – mint az elektron –, viszont nehezebbek, mint az urán atom (a tömege több száz elemi részecskének felel meg). Ez alapvetően meglepő, mert korábban azt feltételezték, hogy ezek sokkal könnyebbek. Most konzultáció zajlik az elméleti fizikus kollégákkal – akik például a konferencián adtak tanácsot, iránymutatást. Ezért is olyan nehéz felfedezni a szuperszimmetrikus részecskéket, mert ennyire nehezek, és ezért is van szükség a jelenlegi 10 km-esnél nagyobb ütköztetőkre. Két hete döntöttek például arról, hogy egy 100 km-es gyorsítót építenek.
Kanyarodjunk vissza a nulladik kérdéshez: milyennek kellene lennie a középiskolai oktatásnak, hogy a fiatalok közelebb kerüljenek a fizikához, a STEM-pályákhoz?
A diákok kíváncsiságát kell fenntartani. Mindenki kíváncsinak születik, a nehézség az, hogy ez megmaradjon. Nagyon sok olyan dolog történik fizika órán, ami kevésbé izgalmas, sok a számolás, sokszor csak a képletbe helyettesítésről szólnak az órák. Képzeld el, hogy én az elmúlt öt évben alig láttam számot a fizikában, maximum a kitevőkben. Az általános leírásokat „betűkkel” csináljuk, a számok a programozásban játszanak szerepet. Az egyetemi fizika teljesen más, ismerni kell persze a matematikai operációkat – de ott kinyílik a világ gyakorlatilag.
A tavaly Bangkokban tartott nemzetközi konferencián Vámi Tamás Álmos a Lánczos-Szekfű ösztöndíj támogatásával vett részt.
