AZ ATOM- ÉS MOLEKULAFIZIKÁRÓL

Berényi Dénes
ATOMKl, Debrecen

Az atom- és molekulafizika fogalma és átfedései más tudományterületekkel

A "klasszikus" definíció szerint az atomfizika az atom elektronburkával kapcsolatos jelenségekkel foglalkozik, a molekulafizika pedig az atomok összekapcsolódásával, illetve az erre vonatkozó jelenségekkel.

Manapság azonban általában is nehéz elválasztani egymástól a különböző tudományágakat, de egyrészről az atom- és molekulafizika vonatkozásában és másrészről a többi tudományok vonatkozásában ez különösen igaz. Hol lehetne például szigorú, átfedés nélküli határt megvonni az atom- és molekulafizika és a lézerfizika, a plazmafizika, a klaszterfizika, és sok esetben a felületfizika, sőt a biofizika között, vagy hol van a határ a kvantumkémia és a molekulafizika között.

Másrészt az atom- és molekulafizikáról szólva fontos kiemelni, hogy milyen széles az energiatartománya, amely az eV törtrészeitől a GeV-es tartományig terjed.

Érdemes továbbá azt is kiemelni, hogy milyen kiterjedtek az atom- és molekulafizika alkalmazási területei is. Hogy csak néhányat említsünk: anyagvizsgálat, meteorológia és űrkutatás, asztrofizika, rákterápia és sugárvédelem, anyagtudomány stb. Ez utóbbival kapcsolatban különösen érdemes hangsúlyozni a nanotechnológiában amelyet a jövő egyik fő tudományágának tartanak - betöltött szerepét. Erről az Európai Bizottság "Growth in Action" című folyóirata legutóbbi számában (2001/2) a következőket olvashatjuk: "A nanotechnológia területe multidiszciplináris, felhasználja a legújabb vívmányokat a szilárdtest technológia, kémiai technológia és az ultra kis képalkotás területéről. A kutatás a nano skála fronton arra kényszerül, hogy egyesítse azt a résztudást, ami eszközben, technikában és szaktudásban  a z  a t o m i  é s  m o l e k u l á r i s  k ö l c s ö n h a t á s o k r a  v o n a t k o z ó l a g  (kiemelés tőlem) rendelkezésre áll."

Nemrégiben jelent meg beszámoló egy atom- és molekulafizikai konferenciáról. Ebben a szerző, S.C. Roy a következőket írja: "Az atom- és molekulafizikában legújabban feléledt az érdeklődés és a terület ismét a fizikai kutatás középpontjába került. Ez lényegében a kísérletek kifinomultságában és a technológiában legújabban elért haladással magyarázható. " (2000. szeptember)

Érdemes ezért legalább felsorolásszerűen felidézni azokat az atom- és molekulafizikában használatos legújabb berendezéseket, technikákat, amelyek vagy csak a legutóbbi években fejlődtek ki, vagy szinte folyamatos fejlesztés alatt állnak. A teljesség igénye nélkül ilyenek:

• nehézion tárológyűrűk
• szinkrotronok, illetve a szinkrotronsugárzás
• különböző speciális atom-, ion- és molekulanyalábok (polarizált, semleges, a kívánt mértékben ionizált nyalábok stb.)
• antirészecske nyalábok
• klaszter nyalábok
• együttfutó (merged) nyalábok
• elektron-spektrométerek (nagy feloldó képességgel és különféle speciális tulajdonságokkal)
• lézertechnika alkalmazása
• lézerhűtés és egyéb hűtési módszerek
• ion-, atom- és molekulacsapdák
• speciális ionforrások (ECR, EBIT).

Néhány kiemelkedő új eredmény az atom- és molekulafizikában

Egy tudományterületre mi sem jellemzőbb jobban, mint azok az eredmények, amelyeket a közelmúltban értek el a szóban forgó területen, Az atom- és molekulafizikának ebből a szempontból nem kell szégyenkeznie, mert éppen a legutóbbi években itt valóban jelentős, messze kiható eredmények születtek. Ezek részletes megtárgyalására sajnos e helyen nincs lehetőség, de felsorolásuk önmagában is érdekes és sokat mondó.

Mindenekelőtt azokat soroljuk fel, amelyek valóban fundamentális jelentőségűek:

• kvantum-teleportálás
• a kvantummechanika alapjaira vonatkozó újabb kísérletek (például az EPR paradoxonra)
• Bose-Einstein-kondenzátum
• atomi holográfia (ebben magyar kollégáknak is jelentős szerepe volt: Faigel Gyula, Tegze Miklós). Bemutatunk itt az alumínium kristályban az atomok elhelyezkedését mutató atomi hologramot két különböző feloldóképességgel, amely az ELETTRA nyalábján készült Triesztben.
• atomkula (egy olyan alakulat, amelyben az egyik elektron helyét egy antiproton tölti be)

Al-kristályról a trieszti ELETTRA szinkrotronsugárzásával kiváltott fotoelektronokkal készült elektronhologram. A jobboldali jobb feloldású hologram a belső szinkrotronsugárzás polarizációs irányának megfelelő beállításával lett felvéve (JOHN SPENCE - Nature 410 (2001)1037-1038, a folyóirat engedélyével közöljük).

• üres atomok (amelyekben csak a külső héjakon vannak elektronok).

Vannak azután olyan eredmények, amelyeket "alkalmazottaknak" tekinthetünk részben azért, mert éppen az előbbi alapvető jelenségekét használják fel, alkalmazzák, fejlesztik tovább. Ilyenek például:

• Bose-Einstein molekula-kondenzátum - atomlézer
• különböző más jelenségek megfigyelése Bose-Einstein-kondenzátum felhasználásával
• megjelenik az "atomika" (az elektronok szerepét megfelelő technikával az atomok töltik be az "elektronikában")
• ultrahideg molekulák jelenségei.

A felsorolás természetesen nem teljes, de minden bizonnyal elegendő arra, hogy megmutassa, hogy a terület mennyire élő és valóban a mai fizika "forró" területei közé tartozik.

Természetesen a jövőt igazában senki sem láthatja előre, valószínűleg éppen a legjelentősebb új eredmények nem jósolhatók meg. Azt azonban meg lehet mondani, hogy azoknak van esélye jelentős új eredmények elérésére, akik kutatómunkájukat széles látókörrel végzik, rálátva a különböző aktuális problémákra és ismerik a legújabb technikát, azt el tudják sajátítani, és el is tudják érni, ha másképp nem együttműködések keretében.

Van azonban néhány kétségtelenül felismerhető tendencia. Ilyenek például:

• nagyberendezések használata az atom- és molekulafizikai kísérletekben: a tárológyűrűk, szinkrotronok más részecskegyorsítók legújabb generációi;
• egyre komplexebb jelenségek vizsgálata, egyre komplexebb berendezések felhasználásával;
• speciális berendezések és különleges, nem a már megszokott atom- és molekulafizikai jelenségek vizsgálata, például atomok, molekulák, amelyekben szerepe van az antirészecskéknek, különleges eddig nem alkalmazott nyalábokkal végzett atomi ütközési kísérletek, különleges céltárgyak, például folyadékkristályok.

<>

Bízom abban, hogy a fenti vázlatos bemutatás is bizonyítja az atom- és molekulafizika aktualitását és gazdagságát.

______________________

Bevezető gondolatok" címmel elhangzott az Atom- és Molekulafizikai Találkozón, Debrecen, 2001. szeptember 11-12.