Program Archive of the Ortvay Seminar Series 2006 Spring

2006. február 16. , csütörtök, 15 órakor
Sólyom Jenő (MTA SzFKI-ELTE Fizika Intézet):

"Spinfolyadékok"

Kivonatos ismertetés:

Véges mágneses momentummal (spinnel) rendelkező atomokból felépülő kristályok alapállapota általában ferro- vagy antiferromágnesesen rendezett, bár a rendeződés néha csak eléggé alacsony hőmérsékleten következik be. Egyre több olyan anyaggal találkozunk, melyekben a spinek a szabályos térbeli elhelyezkedés ellenére irány szerint még az alapállapotban sem rendeződnek. Ebben a spinfolyadék-állapotban a spinek közötti korrelációk a távolsággal exponenciálisan vagy hatványfüggvény-jelleggel lecsengnek, és az elem gerjesztések spektruma is lényegesen különbözik a rendezett állapot spinhullámainak spektrumától. Magnonok helyett be nem zárt (deconfined) spinonok jelenhetnek meg. A kvantumfluktuációk és a versengő kölcsönhatások okozta frusztráció szerepét vizsgáljuk a spinfolyadék-állapot kialakulásában.

2006. február 23. , csütörtök, 15 órakor
Simon István (MTA SzBK Enzimológiai Intézet):

"Fehérjék statisztikus biofizikája"

Kivonatos ismertetés:
Az élő szervezetekben az energia és információ tárolás és bizonyos mechanikai szerkezet stabilizálás kivételével szinte minden funkciót fehérjék látnak el. A fehérjék egy vagy több, elágazás mentes polipeptid láncból épülnek fel. A polipeptidek húszféle aminosav-gyökből épülnek fel. Ezek láncon belüli sorrendje, a szekvencia, egyértelműen meghatározott egy egyszerű kód alapján, az átöröklődő információt hordozó nukleinsavak, DNS illetve RNS, bázis sorrendje által. A bázis sorrend meghatározásával ma már több millió fehérje szekvenciája vált ismertté.

Egészen az ezredfordulóig tartotta magát az a nézet, hogy egy adott szekvenciájú polipeptid láncot, a szekvencia által fiziológiás körülmények között egyértelműen meghatározott térszerkezete teszi működőképes fehérjévé, mert a funkcióhoz a polipeptid lánc mentén távoli aminosav-gyököknek pontosan meghatározott térbeli alakzatokat kell kialakítania. Az utóbbi néhány év genom kutatásai, melyek több mint 200 élőlény bázis sorrendjét illetve aminosav szekvenciáját feltárták, jelentősen színesítették ezt a képet. Kiderült, hogy a genomok által kódolt fehérjek jelentős hányada részben vagy egészben rendezetlen szerkezetű.

A fehérjék térszerkezet meghatározása általában röntgen diffrakcióval, ritkábban NMR-rel történik. Ezt minden fehérjére egyedileg kell elvégezni, ezért térszerkezeti adatok az ismert szekvenciájú fehérjék csak 1%-ra állnak rendelkezésre . Különösen nehéz a membránokba ágyazva működő fehérjék térszerkezet meghatározása. Bár ezek az összes fehérje 25-30%-át teszik ki, arányuk a térszerkezeti adatbázisban kb. 1,5%. Érthető tehát az igény arra, hogy a szekvenciákból elméleti úton térszerkezeti információkat nyerjünk ki. A legtöbb ilyen becslő eljárás az adatbázisok statisztikus elemzésén alapszik. Előadásomban néhány példát mutatnék be arra, hogy csoportom milyen eredményeket ért el ezen a területen a határozott térszerkezetű vizes közegben oldható, a membránba ágyazódó, illetve a rendezetlen fehérjék vizsgálatában.


2006. március 2. , csütörtök, 15 órakor
Helbing, Dirk (Institute for Economics and Traffic, Dresden University of Technology):

"Decentralized Approaches to the Autonomous Control of Traffic in Networks"

Kivonatos ismertetés:
Traffic systems are highly complex multi-component systems suffering from instabilities and non-linear dynamics, including chaos. This is caused by the non-linearity of interactions, delays, and fluctuations, which can trigger phenomena such as stop-and-go waves, noise-induced breakdowns, or slower-is-faster effects.

Recent information and communication technologies (ICT), promise new solutions for congestion avoidance. For example, future adaptive cruise control systems (ACC) will enhance traffic performance by increasing the stability of traffic flows and the capacity of the road. Vehicles will become automatic traffic state detectors, data management, and communication centers when forming adhoc networks through intervehicle communication (IVC) concepts.

These concepts lead from the classical, centralized control to decentralized approaches in the sense of collective (swarm) intelligence and ad-hoc networks. Such concepts reach more adaptiveness, flexibility, resilience and robustness with respect to local requirements and temporary failures.

Another interesting problem is adaptive traffic control in urban road networks. Synchronization is only one approach to reach coordination among neighboring traffic lights, including green waves. We propose an adaptive strategy of traffic light control which can considerably improve throughputs and travel times, using self-organization principles based on local interactions between vehicles and traffic lights.


2006. március 9. , csütörtök, 15 órakor
Zrínyi Miklós (BME Vegyészmérnöki Kar):

"Mágneses nano- és mikro részecskékkel töltött,
rugalmas polimerek különleges tulajdonságai"

Kivonatos ismertetés:
Elektromos és mágneses tér jelentős hatást csak szilárd testekre gyakorol. Gondoljunk például az elektro-, illetve magnetostrikcióra, vagy a Hall effektusra.E terek kölcsönhatása folyadékokkal vagy gázokkal olyan gyenge, hogy makroszkopikus tulajdonságaik alig változnak. Ha a szilárd anyagoknál lágyabb anyagok tulajdonságait akarjuk befolyásolni, akkor először kombinálnunk kell a szilárd anyagra jellemző elektromos vagy mágneses tulajdonságokat a rugalmas polimer tulajdonságaival. E kombináció egyik lehetséges módja, hogy a szilárd anyag igen kisméretű szemcséit (1 nanométertől néhány mikronig) oszlatjuk szét (diszpergáljuk) a polimerben. Ekkor olyan rendszert kapunk, amely egyszerre mutat mágneses és rugalmas tulajdonságokat.

2006. március 16. , csütörtök, 15 órakor
Buka Ágnes (MTA-SzFKI ):

"Konvekció égen, földben, vízben és folyadékkristályokban"

Kivonatos ismertetés:
A konvekció a természetben egyik leggyakrabban megfigyelhető jelenség. A legismertebb változata a termikus gradienssel keltett anyagáramlás. Ide tartoznak az atmoszféra mozgásai, időjarasi frontok kialakulása, napfoltok örvénylése, klíma jelenségek, óceani áramlatok vagy a földkéreg tektronikus mozgásai. A termikus konvekció számos ipari folyamatban is meghatarozó szerepet játszik. Kutatólaboratóriumi verziója a Rayleigh-Benard rendszer, amelyen nagy számu kísérleti és elméleti eredmény született, elsősorban a térbeli és időbeli mintázatok megértése célájból.

Konvekció nem csak hőgradienssel, hanem egyéb terekkel, pl. nyírással (sebességgradiens), koncentrációgradienssel, vagy elektromos térrel is indukálható. A mintázatok kialakulása és fejlődése az egyre növekvő komplexitas irányába (homogén állapot - szabályos struktúrák - káosz) gyakran hasonló módon történik a különböző rendszerekben és azonos elméleti keretek között tárgyalható. A konvekciós mintázatok tanulmányozásának egyik népszerű modellrendszerévé vált az utóbbi években az elektrokonvekcióo jelenséege folyadékkristályokban. Habár eredetileg az anizotrop konvekció mintapéldánya volt, mára az izotrop folyamatok tanulmányozására is alkalmassá vált, és olyan paramétertartományok váltak általa hozzáférhetővé, amelyek elérhetetlenek a hőgradienssel hajtott izotrop folyadékokban.


2006. március 23. , csütörtök, 15 órakor
Pál Károly (MTA-ATOMKI):

"Optimalizálási módszerek spinüvegek alapállapotára"

Kivonatos ismertetés:
Az 1970-es években felfedezett spinüvegeknek különös fizikai tulajdonsgai vannak, melyek magyarázatában két jellemzőjük játszik alapvető szerepet: rendezetlenségük és a frusztráltságuk. Frusztrációról akkor beszélünk, ha egy rendszer alkotóelemei olyan ellentmondó hatásoknak vannak kitéve, amelyeknek egyszerre semmiképpen nem tudnak eleget tenni. A spinüvegek viselkedésének számos eleme kvalitatív módon jól értelmezhető nagyon egyszerűen definiálható modellekkel. Mivel azonban a rendezetlenség és a frusztárció a spinüvegeken kívül nagyon sok rendszernek fontos sajátsága, ezek is modellezhetők a spinüvegekhez hasonló módon. Ilyen modellek használatosak neurális hálózatok, embercsoportok, tőzsdei folyamatok, és még számos egyéb rendszer értelmezésére. Sokan gondolják úgy, hogy ezen modellek tanulmnyáozásával a komplex rendszerek megértéséhez is kozelebb juthatunk.

Bármennyire egyszereűn írhatók fel ezek a modellek, analítikus megoldás csak egyetlen esetre ismert. Nem lehet tudni, ezen megolds milyen mértékben releváns a többi esetre. Ennek eldöontéséhez egyebek mellett fontos az alapllapotok meghatározása. Ez azonban igen nehéz feladat, az algoritmuselémlet szerint a probláma az NP-nehéz osztályba tartozik. Egzakt megoldásra csak nagyon kicsi rendszerekre van remény, így hatékony heurisztikus algoritmusok kellenek. Az előadásban főképp két olyan módszerről lesz szó, amelyek kifejlesztésében az előadnak is szerepe volt. Az egyik egy hibrid genetikus algoritmus, amely a rövid hatótávolságú kölcsönhatásokkal jellemezhető, a valódi spinüvegek leírására használatos modellrendszerek alapállapotának meghatározására bizonyult hatékonynak, és vált ezáltal szélesebb körben használatossá. A másik módszer ezzel szemben, amely egy csökkenő amplitudóval oszcilláló küulső mágneses térrel való lemgánesezés folyamatának szimulálásán alapul, a hosszú hatótávolságú kölcsönhatások esetén versenyképes.


2006. március 30. , csütörtök, 15 órakor
Daruka István (ELTE Fizikai Intézet,Biológiai Fizika Tanszék):

"Önszervező szuperrácsok a felületnövekedésben"

Kivonatos ismertetés:
Napjaink információ- és tudásalapú társadalmában alapvetően fontossá válnak a különböző elektronikai, számítástechnikai eszközök méretének csökkentésére, ill. integráltságuk növelésére irányuló kutatások. Különösen ígéretes alkalmazási lehetőségekkel kecsegtetnek a nanométer méretskálájú önszervező felületi nanostruktúrák.

Jellegzetes nanostruktúrák alakulhatnak ki kétkomponensű ötvözetek felületnövesztése során. Kísérletileg megfigyelték, hogy bizonyos körülmények között, a növesztés irányára merőleges (lamelláris), vagy azzal párhuzamos (laterális) normálisú periodikus struktúrák, ún. szuperrácsok jönnek létre. Megvizsgáljuk, hogy a térfogati diffúzió és a spinodális dekompozíció összjátékaként hogyan képződhetnek önszervező szuperrácsok. A felület-növekedési sebesség függvényében három növekedési módus különíthető el. Közepes növesztési sebességeknél egydimenziós, laterális struktúrák jönnek létre, míg lassú növekedési sebességek bonyolult, háromdimenziós mintázatokat eredményeznek. Nagy növesztési sebességeknél viszont nem alakulnak ki stacionárius periódikus mintázatok. A szuperrácsok fizikai tulajdonságai mellett jellemzem azok dinamikai stabilitását, ami a lehetséges alkalmazások tekintetében is fontossá válik.


2006. április 6. , csütörtök, 15 órakor
Szatmári Zoltán (BME Nukleáris Technikai Intézet ):

"20 évvel Csernobil után"

Kivonatos ismertetés:

20 évvel a csernobili atomerőmű katasztrófája után már jól fel tudjuk mérni annak menetét, okait és következményeit. Az előadás a következő kérdésekre tér ki: a csernobili atomerőmű sajátosságai (a paksi atomerőművel összevetve), a baleset lefolyása, a balesethez vezető okok, következmények (környezetre, emberéletekre), a tájékoztatás ellentmondásai.

 


2006. április 20. , csütörtök, 15 órakor
Szőkefalvi-Nagy Zoltán (MTA-RMKI):

"Hogyan segítheti az atomfizika a kulturális örökség megóvását"

Kivonatos ismertetés:
A kulturális örökség megóvásáért egyre nagyobb és szervezettebb erőfeszítéseket tesznek világszerte. Ennek a nagyon összetett örökségnek fontos részét képezik a festmények, szobrok és egyébb művészeti vagy régészeti műtárgyak. A megfelelő konzerválás, restaurálás végrehajtásához elengedhetetlen a műtárgyak kémiai összetételének, struktúráltságának, roncsolódásának minél pontosabb és részletesebb ismerete, de ezek az információk azt is elősegíthetik, hogy megfejthessük a tárgyak készítésének körülményeit, betekintést nyerhessünk az alkotók műhelytitkaiba, vagy biztosabban megkülönböztethessük az hamisítványokat az eredetiektől. A szóbajöhető analitikai módszerek között értelemszerűen kiemelt szerephez juthatnak az úgynevezett roncsolásmentes eljárások, hiszen gyakran még a szinte elhanyagolható anyagmennyiség igényű mintavétel sem megengedhető. A fizikai, és ezen belül az különböző atomfizikai módszerek legtöbbje éppen ebbe a csoportba tartozik, ezért alkalmazásuk egyre széleskörűbb.

Az előadás elöbb tömören áttekinti a legfontosabb, atomfizikai alapokra épülő vizsgálati eljárásokat, majd részletesebben foglalkozik az úgynevezett "energiadiszperzív röntgenes spektrometria" KFKI RMKI-ban is használt, műtárgyak analízisére kifejezetten alkalmas, különleges változataival (atmoszférára kihozott proton nyalábbal keltett karakterisztikus röntgensugárzás spektrometria, in situ mérésekre alkalmas hordozható röngtenfluoreszcencia berendezés), a módszerekkel nyerhető információval, a felmerülő nehézségekkel, különös tekintettel a festmények, festék rétegek vizsgálatára.


2006. április 27. , csütörtök, 15 órakor
Diósi Lajos (MTA-RMKI):

"Kvantum dekoherencia: jelenség és koncepció, áldás és átok"

Kivonatos ismertetés:
A kvantumrendszerek koherens viselkedése, például környezeti hatások miatt, a valóságban mindig sérül. Ezt hívjuk dekoherenciának. A tagadó megnevezés ellenére a dekoherencia a kvantumelmélet egyik tartóoszlopa. Maga a jelenség egyrészt szolgálja a kvantumfizika gyakorlati alkalmazhatóságát, másrészt határt szab neki (pl. ezért nincs még működő kvantumszámítógép).

Mi a dekoherencia elméleti szerepe a kvantumállapot statisztikus értelmezésében, és mi a valóságos szerepe a makroszkopikus jelenségek kialakulásában? És mindenekfelett: milyen mozgásegyenletek írják le a dekoherencia időbeli folyamatát? Erről szól az előadás első része, ahol a dekoherens -- másszóval irreverzibilis -- kvantumrendszerek kvantum-Monte-Carlo szimulációját is megismerjük, mely éppen a dekoherenciából meríti jó tulajdonságait.

Lehet-e az atomnál sokkal nagyobb tömegű testek környezeti dekoherenciáját pontos kísérletekkel visszaszorítani? Lehet-e kísérletekkel vizsgálni az univerzális, tehát nem környezeti dekoherencia létezését? Az előadás második része élő, nanofizikai, kozmológiai, illetve kozmikus neutrinós kísérleti javaslatokat ismertet, melyek megcélozták az előadó húsz éve közölt univerzális dekoherencia-egyenletét is.

Szemléltetjük, hogy a fizika alapjainak kutatása, ha kerüli a doktrinerséget, értékes eredményekre vezethet a feltett alapkérdések határvidékén is.


2006. május 4. , csütörtök, 15 órakor
Kriza György (MTA-SzFKI):

"Szupravezetők: ellenállás nélküli jövő"

Kivonatos ismertetés:
20 éve fedezte fel Alex Bednorz és Georg Müller az első magashőmérsékletű (pontosabban magas kritikus hőmérsékletű) szupravezetőt - ez az előadás apropója. A kezdeti felfedezést gyorsan követték az újabb, egyre magasabb hőmérsékleten szupravezető anyagok. A kutatókat lázas izgalom fogta el, ami a szélesebb publikumra is átterjedt. Nem lehetett látni, hol a végállomás. Páratlan volt ez a lelkesedés a fizika történetében.

A fő hajtóerő természetesen a szobahőmérsékleten is szupravezető anyag keresése volt, annak alig belátható jelentőségű potenciális alkalmazásaival. Ez az álom, mint tudjuk, azóta sem teljesült be, de a folyékony nitrogén forráspontjánál magasabb hőmérsékleten szupravezető anyagok már 1987-ben léteztek és sokan úgy véltük, hogy ezek alkalmazásai már a belátható jövőben mindennapi életünk fontos részévé válnak. Ez sem történt így. Az előadás fő kérdése, hogy miért. Kicsit által ánosabban megközelítve: milyen gyakorlati alkalmazásokat kaptunk a szupravezetőktől, milyen további alkalmazásokat remélhetünk és mikor? Melyek a szupravezetők alkalmazásainak a korlátai és hogyan tágíthatjuk ezeket a korlátokat?

A legjelentősebb területe a szupravezetők jelenlegi alkalmazásának az orvosi diagnosztika. Mára már jelentősnek mondhatók az elektronikai alkalmazások is. Az igazi "nagyágyú" a villamosenergia-ipar lenne, itt egyelőre csak a prototípusoknál tartunk. Ígéretes alkalmazások vannak a láthatáron több más iparágban is.

Nehéz lenne elkerülni, hogy szóljunk néhány szót arról is, hogy mi az, amit mi fizikusok tudunk a magashőmérsékletű szupravezetőkről és mi az, amit nem - noha nagyon érdekelne. Végül, megragadva a megtisztelő lehetőséget, ejtek néhány szót a saját, a magashőmérsékletű szupravezetők disszipációs folyamatainak megértésére irányuló kutatásainkról is.


2006. május 18. , csütörtök, 15 órakor
Vonderviszt Ferenc (Veszprémi Egyetem Fizikai Tanszék):

"Biológiai makromolekulák nanotechnológiai alkalmazása"

Kivonatos ismertetés:

A következő generációs technológiák egyik alapvető célja olyan molekuláris gépezetek kifejlesztése, amelyek rendelkeznek az önszerveződés és az önreprodukció képességével, s az anyag tulajdonságainak molekuláris szinten történő szabályozásán nyugszanak. A biológiai rendszerekben számos ilyen, elsősorban fehérjékből felépülő molekuláris gépezet található. A több mint 4 milliárd éves földi evolúció eredményeként kialakult élő szervezetek fehérjéi rendkívül szerteágazó feladatokat ellátására képesek: bonyolult kémiai reakciók at katalizálnak; fényenergia, kémiai és mechanikai energia egymásba alakítását végzik; jelátviteli és jelfeldolgozási folyamatokat irányítanak; s még programvezérelt összeszerelő rendszerek is létrehozhatók belőlük. Mindezek a példák azt bizonyítják, hogy a fehérjék olyan kivételes tulajdonságokkal rendelkező anyagok, amelyek kiválóan alkalmasak önszerveződő molekuláris rendszerek építésére. Az előadás néhány példán keresztül azt kívánja bemutatni, hogy hol tart ma a fehérjék és nukleinsavak nanotechnológiai alkalmazása, s milyen távlati lehetőségeket ígér ez a tudományterület.  

2006. május 25. , csütörtök, 15 órakor
Fiorentini, G. (University & INFN Ferrara):

"Geo-neutrinos: a new probe of the Earth's interior"

Kivonatos ismertetés:
The deepest hole that has ever been dug is about 12 km deep, a mere dent in planetary terms. Geochemists analyze samples from the Earth's crust and from the top of the mantle. Seismology can reconstruct the density profile throughout all Earth, but not its composition. In this respect, our planet is mainly unexplored.

Geo-neutrinos, the antineutrinos from the progenies of U, Th and 40K decays in the Earth, bring to the surface information from the whole planet, concerning its content of radioactive elements.
Their detection can shed light on the sources of the terrestrial heat flow, on the present composition and on the origin of the Earth.
Long ago Georg Marx was a pioneer of this approach, which is now becoming practical as a consequence of two fundamental advances that occurred in the last few years: the development of extremely low background neutrino detectors and the progress on understanding neutrino propagation.

I shall discuss the results from the KamLand experiment and the potential of this new probe of our planet.