Katz Sándor mta.hu

Kutatási téma

A protonok, neutronok és a kvark-gluon plazma közti átmenet tulajdonságainak vizsgálata

Katz Sándor fizikus elmondása szerint már a huszadik század közepe óta ismert, hogy a protonok, a neutronok és az akkoriban felfedezett további hadronok nem elemi részecskék, hanem kisebb egységek, a kvarkok alkotják azokat, amelyek között a gluonok létesítenek kapcsolatot.

A plazma alkotóelemei közti kölcsönhatással és ezen keresztül a hadronok és a kvark-gluon plazmává történő átalakulás elméletével a kvantum-színdinamika foglalkozik, amelyet a fizikus a rácstérelmélet segítségével vizsgál.

Eredményeik minden bizonnyal két területen is alkalmazhatók lesznek: a hadronok és a kvark-gluon plazma tulajdonságainak feltérképezését a magfizika és a nehézion-fizika hasznosíthatja, míg hasonló elven működő, nagyteljesítményű számítógépekkel kémiai számítások is elvégezhetők, illetve komplex fizikai rendszerek viselkedésének szimulációja is lehetséges.

Befogadó intézet

Eötvös Loránd Tudományegyetem Természettudományi Kar Fizikai Intézet, Elméleti Fizikai Tanszék

A kutatócsoport működési időszaka

2012–2017.

A kutatócsoport tagjai

Nógrádi Dániel, Pásztor Attila, Trombitás Norbert, Láz József, Török Csaba

Interjú a kutatóval

Az interjú 2012. június 28-án jelent meg az mta.hu-n.

Katz Sándor fizikus az Eötvös Loránd Tudományegyetemen keresi a világegyetemet alkotó részecskék, a protonok, a neutronok és a kvark-gluon plazma közti átmenet jellemzőit. A tudós csoportjának bővítése mellett a Lendület program keretében továbbra is az ELTE-n igyekszik nagyteljesítményű számítógépek segítségével felderíteni azon alkotóelemeket, amelyek viselkedésének megismerésével a világ alapvető törvényszerűségei jobban érthetővé válnak.

A kvarkkutatás a Lendület program visszatérő témája, hiszen a 2011-es esztendő egyik nyertes fizikusa, Kovács Tamás György is a kvarkok közötti kölcsönhatás feltérképezését tűzte ki céljául. Mind az ő, mind pedig a 2012-ben nyertes Katz Sándor vizsgálatai hatással lehetnek a tudományos vizsgálati módszertanokra, illetve más, kémián vagy biológián belüli, speciális számítástechnikai berendezéseket használó kutatási területekre.

Katz Sándor fizikus elmondása szerint már a huszadik század közepe óta ismert, hogy a protonok, a neutronok és az akkoriban felfedezett további hadronok nem elemi részecskék, hanem kisebb egységek, a kvarkok alkotják azokat, amelyek között a gluonok létesítenek kapcsolatot. „Ezek a természetben szabadon nem figyelhetők meg, nagy hőmérsékleten azonban kiszabadulhatnak, és létrehozhatják kutatásunk egyik fő tárgyát, a kvark-gluon plazmát" - magyarázta az MTA doktora.

A plazma alkotóelemei közti kölcsönhatással és ezen keresztül a hadronok és a kvark-gluon plazmává történő átalakulás elméletével a kvantum-színdinamika foglalkozik, amelyet a fizikus a rácstérelmélet segítségével vizsgál: „Kutatásunk során a részecskéket leíró mezőket egy rács pontjain értelmezzük, amely hozzájárul ahhoz, hogy az így létrejövő egyenleteket numerikus úton, számszerűsítve oldjuk meg. Ehhez nyújtanak segítséget a laborunkban üzemelő nagyteljesítményű számítógépeink, amelyek másodpercenként több mint tízbillió művelet elvégzésére képesek. Az ELTE-n több éve dolgozunk ezekkel a gépekkel, így már viszonylag nagy tapasztalatunk van a használatukban."

A Lendület program lehetőséget jelent Katz Sándor számára az eddig rendelkezésükre álló számítógépes teljesítmény megduplázására. Eredményeik két területen is alkalmazhatók lesznek: a hadronok és a kvark-gluon plazma tulajdonságainak feltérképezését a magfizika és a nehézion-fizika hasznosíthatja, míg hasonló elven működő, nagyteljesítményű számítógépekkel kémiai számítások is elvégezhetők, illetve komplex fizikai rendszerek viselkedésének szimulációja is lehetséges.

Hasonló vizsgálatokat végez hazánkban Kovács Tamás György, akivel már jelenleg is szoros munkakapcsolatban áll Katz Sándor, és a továbbiakban is e két „lendületes" csapat közösen kíván választ találni a kvark-gluon plazmába történő átmenettel összefüggésben felvetődő kérdésekre, mint például hogy miként megy végbe az átváltozás, mekkora hőmérséklet szükséges hozzá, vagy milyen tulajdonságokkal bír az anyag az átmenet során.

A téma külföldön is foglalkoztatja a kutatókat. „A HotQCD nevű, amerikai és német tudósokból álló együttműködés a legfőbb konkurensünk - mondta Katz Sándor. A felvetett problémákra nekik is vannak eredményeik, azonban ők - velünk ellentétben - sok esetben még nem végezték el az úgynevezett kontinuum extrapolációt (az egyre finomabb rácsokból a folytonos térre való átmenetet), amely elengedhetetlen ahhoz, hogy a valódi világra vonatkozó, megbízható eredményeket kapjunk."

A Lendület program nyerteseként a fizikus arra törekszik, hogy jelenlegi fiatalokból álló kollégái mellett még egy, a részecskefizikában jártas posztdoktorjelölt is lehetőséget kapjon a kutatásban: „Ahhoz, hogy nemzetközi színtéren is ütőképes csapatunk legyen, fiatalos lelkesedésre van szükség. Nógrádi Dániel adjunktussal, Pásztor Attila ésTrombitás Norbert doktoranduszokkal, Láz József és Török Csaba egyetemi hallgatókkal eddig is együtt dolgoztam, a jövőben pedig a Lendületnek köszönhetően újabb taggal bővülhet a csoportunk."

Az ifjú fizikusok jelenléte és ösztönzése nem csak a laborban bír kiemelt jelentőséggel a tudós számára, munkája során számtalan hallgatóval találkozik. Igyekszik meggyőzni őket arról, hogy érdemes a fizikával foglalkozniuk. Aki pedig komoly elhivatottságot érez a tudományág iránt, azt arra biztatja, hogy tegye mindennapjai részévé a részecskefizikát. „Különösen fontosnak tartom, hogy miután a tehetséges hallgatók befejezték egyetemi és doktori tanulmányaikat, legyen előttük olyan perspektíva, amelyben - egy lehetséges néhány éves külföldi posztdoktori tanulmányút után - Magyarországon találják meg a boldogulásukat"- zárta a beszélgetést a fizikus.