Régi szokásunk, hogy az MTA új levelező tagjait

a Magyar Tudományban körkérdésekre adott válaszaik segítségével mutatjuk be.

Idén négy kérdésre kértünk választ.

1. Hogyan emlékszik vissza, mi volt a döntő mozzanat, pillanat az életében, amikor eldőlt – vagy eldöntötte –, hogy éppen ez a kérdés, probléma, tudományterület érdekli?

2. Mi az Ön eddigi legfontosabb tudományos eredménye?

3. Mi az a kérdés, probléma, ami az Ön tudományos területén ma nemzetközileg foglalkoztatja a kutatókat?

4. Kivel cserélne pályát? Akár egy másik tudományterületre, esetleg művészi pályára is gondolva…

DOMOKOS PÉTER (1970)

Fizikai Tudományok Osztálya • Szakterület: fizika, kvantumoptika • Foglalkozás: kutatócsoport-vezető, MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont Szilárdtest-fizikai és Optikai Intézet Kvantumoptikai és Kvantuminformatikai Osztály; MTA Wigner FK Lendület Kvantummérés Kutatócsoport • Kutatási téma: atomok és molekulák lézeres hűtése és csapdázása; kvantumelekrodinamika rezonátorban és optikai mikrostruktúrákban; Ultrahideg kvantumgázok

1. Werner Heisenberg könyve, A rész és az egész volt a meghatározó élmény, ami után eldöntöttem: meg akarom érteni a kvantummechanikát. Amikor középiskolás fejjel olvastam, a szakmai részéből szinte semmit nem értettem, de megragadott a gondolatok filozofikus mélysége, illetve a történet, ahogyan a megfoghatatlan atomi szintű világ leírása beilleszkedett a fizika tudományába. Mindez fizikus megközelítést és gondolkodásmódot igényelt, ugyanakkor magas szintű matematikai eszközökkel történt. Szerencsémre a pályám úgy alakult, hogy tényleg ennek a megértési folyamatnak jegyében dolgozhatok.

Az egyetem első éveiben több érdekes kutatási lehetőség mellett mentem el, mert nem voltak „kvantumosak”. Amint kvantummechanikával kapcsolatos témakiírást vettem észre a faliújságon, azonnal jelentkeztem. Így jutottam el Janszky Józsefhez és a kvantumoptikához. Szerencsém volt, egyrészt a témavezető személye miatt, másrészt azért, mert a kvantumoptika tudományág a 90-es években hihetetlenül felfutott.

2. Legtöbbet hivatkozott cikkem még doktoranduszi éveim alatt született az École Normale Superieure rezonátoros kvantumelektrodinamika csoportjában, többek között a 2012. évi Nobel díjas Serge Haroche-sal közösen írtam. A robbanásszerűen

kibontakozó kvantuminformatika hajnalán, egy univerzális, kétbites kvantumlogikai kapu működési sémáját terveztük meg. A saját értékelésem szerint a legjelentősebb eredményem az, hogy Helmut Ritsch-csel együtt, akinél posztdoktor voltam Innsbruckban, felfedeztünk egy fázisátalakulást. A fázisátalakulások, mint például a víz megfagyása, eleve a fizika legszebb fejezetei közé tartoznak. Az általunk megtalált jelenség a laboratóriumban egy atomos szinten kontrollálható rendszerben valósul meg. Egymással szembefordított tükrök közötti térben lévő atomok, külső lézeres megvilágítás hatására, – a lézerintenzitás egy küszöbértéke felett – „fénykristályba” rendeződnek. Az atomok szabályosan, a fény hullámhosszának megfelelő távolságra helyezkednek el, és konstruktívan szórják a megvilágító lézerfényt a tükrök irányába. A szórt fény a tükrök között csapdázódik az ismétlődő reflexiók miatt, és éppen az így kialakuló állóhullám az, ami stabilizálja az atomok szabályos periodikus eloszlását. A közismert sókristályban a Coulomb-kölcsönhatás vonzása tartja össze az egymástól néhány ångström távolságra lévő nátrium- és klórionokat (1 A=10-10 m), ezzel szemben a fénykristályban a sugárzási mező csapdázza a semleges atomokat kb. ~mikrométer rácsállandóval (10-6 m).

A jelenséget 2002-ben találtuk, egy éven belül már megfigyelték a Massachusetts Institute of Technology laboratóriumában. Azóta több helyen indítottak el kísérletes kutatásokat a fázisátalakulás részleteinek felderítésével kapcsolatosan. Számomra azért is kiemelkedő jelentőségű ez az eredmény, mert ennek kibontása során dolgozhattam együtt kiváló doktoranduszokkal és posztdoktorokkal.

3. A kvantummechanikának máig lezáratlan kérdése a méréselmélet. Zavarba ejtő, hogy az elmélet szerint kétféle időfejlődés lehetséges. Egyrészt, a kvantumrendszerek állapota, a hullámfüggvény, a Schrödinger-egyenlet szerint időben folytonosan változik. Másrészt, a rendszeren végzett mérés következtében a folytonos fejlődés megszakad, a hullámfüggvény összeomlik, és a rendszer véletlenszerűen valamilyen határozott állapotba ugrik. Az elmélet nem zárt, ugyanis nem mondja meg, mikor melyiket kell alkalmazni. Mesterségesen választjuk szét a világot makroszkopikus és mikroszkopikus részre. Ez utóbbiban a Schrödinger-egyenlet működik, viszont, ha a kvantumrendszerünk egy makroszkopikus objektummal hat kölcsön, például méréskor, akkor ugrás történik. Mitől makroszkopikus egy rendszer? Ma ezt a problémát operatív módon lehet megközelíteni. Vagy alulról, atomokból építkezve, vagy felülről, a nanotechnológiának köszönhetően elérhetjük a mikroszkopikus (kvantum) és makroszkopikus (klasszikus) világ határán lévő mezoszkopikus tartományt, amelyben még őrződik a kvantumvilág szuperpozíciós elve, de már elegendően nagy, sok szabadsági fokkal rendelkező objektumról van szó. Ezeknek a rendszereknek az előállítása, kísérletek tervezése és elvégzése a közeljövőben nagyon izgalmas eredményekkel kecsegtet.

Másik érdekes téma, hogy bár az általános célú kvantumszámítógép megvalósításától még messze vagyunk, egyszerűbb kvantumszimulátort már lehet építeni, amellyel a kvantummechanikai soktestprobléma klasszikus számítógéppel nem megoldható modelljeit ki lehetne számolni. A jelenlegi munkám konkrétan a nemegyensúlyi kvantumfázis-átalakulásokkal kapcsolatos, amely szintén sok embert érdekel, mert besorolásuk univerzális osztályokba még nem megoldott.

4. Egy világbajnok labdarúgóval, vagy egy földbirtokos gazdálkodóval.