Program Archive of the Ortvay Seminar Series 2015 Spring

2015. február 19., csütörtök, 15:00-kor

Csabai István (ELTE, Komplex Rendszerek Fizikája Tanszék)

„A Big Bang-től a Bitcoin-ig: adatintenzív megközelítés a tudományokban"

Kivonatos ismertetés:

Az elmúlt évtizedben a technológiai fejlődés hihetetlen tempóban növelte meg az elérhető adatok mennyiségét. Igaz ez a tudományok minden területére a mikrobiológiától a kozmológiáig, sőt mindennapi életünkre is egyre nagyobb hatással van. Előadásomban igyekszem választ adni arra, hogy mi áll ennek hátterében, példákon mutatom be, hogy különböző diszciplínákban milyen változásokat hozott az adat-forradalom. A legfontosabb kérdés persze az, hogy meg tudunk-e birkózni a kihívásokkal és ki tudjuk-e aknázni a feltáruló lehetőségeket.


2015. február 26., csütörtök, 15:00-kor

Herein Mátyás (ELTE Elméleti Fizikai Tanszék, Geofizikai és Űrtudományi Tanszék)

Vissza a fizikai gyökerekhez - globális klímamodell személyi számítógépen"
/Rövid szakmai bevezető: Jánosi Imre (ELTE Komplex Rendszerek Fizikája Tanszék)/

 

Kivonatos ismertetés:

A klíma előrejelzésére a világ nagy intézeteiben használt globális csatolt óceán-atmoszféra (olykor bioszféra is) numerikus modellek olyan összetettek, hogy egyetlen kutató aligha képes a programot áttekinteni. Ráadásul a térbeli és időbeli felbontás és az egyre újabb részletek beépítésével megnövelt komplexitás nem váltotta be a kezdeti reményeket: megnövekedett instabilitás és paraméter-érzékenység lett az eredmény, miközben az előrejelzések nem lettek lényegesen megbízhatóbbak. Ez a tény indított néhány tudományos műhelyt olyan irányba, melyben nem a részletgazdagság, hanem az alapegyenletek fizikai megalapozottsága és a minimális számú csatolás jó kezelhetősége volt a célkitűzés. Ennek eredményeként készültek olyan közepes összetettségű, egyetlen asztali munkaállomáson futtatható, de még így is százezres nagyságrendbe eső szabadsági fokú numerikus modellek, amelyek alkalmasak egy bolygó globális atmoszférájának (illetve óceáni dinamikájának) szimulációjára.

Néhány éve a Fizikai Intézetben is elkezdtünk ismerkedni a Hamburgi Egyetemen kifejlesztett Planet Simulator nevű modellel, mely alkalmas a Föld, a Mars és a Titán alapvető légköri fizikájának vizsgálatára (további modulok csatolása esetén az óceánok dinamikája és a bioszféra hatása is vizsgálható). Az előadás során, a Földre koncentrálva, bemutatunk néhány áramlási formát, pl. a jetstream függését a napállandó erősségétől, az óceáni alapáramlatokat, és a globális átlaghőmérséklet változását a CO2-tartalom függvényében. Ez a modell nem alkalmas sem a múlt század klímájának rekonstrukciójára, sem a jövőbeli projekciókra, viszont megvilágító erejű válaszokat adhat alapvető fizikai mechanizmusokat érintő kérdésekre, köztük a természetes változékonyság eredetére.


2015. március 5., csütörtök, 15:00-kor

Baksa Attila (MTA WIGNER FK RMI Űrfizikai és Űrtechnikai Osztály)

„Leszállás egy üstökösre, magyar részvétellel"

Kivonatos ismertetés:

Az európai űrkutatás eddigi legjelentősebb eseménye volt a Rosetta küldetés leszállóegységének sikeres landolása 2014-ben a P67/Csurjumov–Geraszimenko üstökösön. Több magyar kutatóhely, egyetem és kisvállalkozás vett részt a tudományos műszerek, illetve a leszállóegység működését meghatározó egységek (hibatoleráns központi vezérlő és adatgyűjtő számítógép, valamint tápellátó elektronika) kifejlesztésében. Számos magyar mérnök és kutató segédkezett a történelmi leszállás műveleteinek közvetlen előkészítésében, irányításában és a tudományos mérések kiértékelésében. Az előadásban szó esik a két évtizedes munka és a leszállás érdekességei mellett az MTA Wigner FK illetve az SGF Kft. űrkutató csapatainak aktuális feladatairól és a Rosetta jelenleg hibernált leszállóegységének jövőbeni lehetőségeiről.


2015. március 12., csütörtök, 15:00-kor

Horváth Róbert (MTA-MFA, NanoBioSzenzorika Lendület Csoport)

„Jelölésmentes optikai bioszenzorok"

Kivonatos ismertetés:

Az előadás a Nanobioszenzorikai Lendület Kutatócsoport motivációit és kutatási témáit foglalja össze. www.nanobiosensorics.com


2015. március 19., csütörtök, 15:00-kor

Dér András (MTA Szegedi Biológiai Kutatóközpont, Biofizikai Intézet)

„Bioelektronika új megközelítésben"

Kivonatos ismertetés:

A nemzetközi szakirodalomban a bioelektronika szót általában két különálló diszciplína megjelölésére használják. Az egyik - a biofizikai alapkutatás részeként - az élő szervezetekben lejátszódó elektromos jelenségekkel foglalkozik, a másik pedig - mint a legutóbbi évtizedekben kifejlődött információ-technológiai tudományág - biológiai eredetű anyagok elektronikai alkalmazási lehetőségeit kutatja. Mindkét tudományterület fontos objektumai az egyes strukturális egységeket elválasztó határfelületek. Kutatásaink célja a biológiai határfelületeken lejátszódó elektromos és optikai folyamatok vizsgálatára alkalmas új mérési módszerek és elméleti modellek kifejlesztése, illetve ezek alkalmazása a bioelektronikai tudomány mindkét ágában. Az integrált mikro- és nanotechnológiai struktúrákat felhasználó módszerek segítségével elérhető tudományos eredményeknek ezért alapkutatási jelentőségükön túl gyakorlati felhasználása is várható.


2015. március 26., csütörtök, 15:00-kor

Werner Norbert (Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, Stanford, CA, USA)

„A szupermasszív feketelyukaktól a világűr nagyléptékű szerkezetéig"

Kivonatos ismertetés:

I will present recent observational results on the nature and origin of the multi-phase interstellar medium in giant elliptical galaxies, and its role in galaxy evolution and in fueling the central supermassive black holes. Our results show that the cold gas in these systems is produced chiefly by thermally unstable cooling from the hot phase, and that jets emanating from accreting supermassive blackholes are likely to play a crucial role in clearing giant elliptical galaxies of their cold gas, keeping them 'red and dead'. Then I will 'zoom out' to the outskirts of galaxy clusters where we also find hints that supermassive black holes played an important role in the distant past. X-ray observations with the Suzaku satellite reveal a remarkably homogeneous distribution of iron out to the virial radius of the nearby Perseus Cluster, requiring that most of the metal enrichment of the intergalactic medium occurred before the cluster formed, probably more than ten billion years ago, during the period of maximal star formation and black hole activity. Finally, I will talk about the upcoming ASTRO-H mission which will revolutionize X-ray spectroscopy and our understanding of the intergalactic medium.


2015. április 9., csütörtök, 15:00-kor

Eisler Viktor (MTA-ELTE Elméleti Fizikai Kutatócsoport)

„Az összefonódás szerepe a kvantum-soktestrendszerek fizikájában"

Kivonatos ismertetés:

Az elmúlt évtizedben világossá vált, hogy az összefonódás meghatározó szerepet játszik a kvantumos soktestrendszerek alacsony hőmérsékleti viselkedésének megértésében. Az összefonódás alapvető információkat hordoz az adott kvantumrendszer alapállapotáról és ezen tulajdonságok tanulmányozása mára a soktestrendszerek fizikájának elengedhetetlen eszközévé vált. Az intenzív kutatás többek között a kvantum-kritikus viselkedés univerzalitásának minden eddiginél áttekinthetőbb megértéséhez vezetett. Az összefonódásnak elengedhetetlen szerepe van a modern numerikus módszerek (pl. sűrűségmátrix renormálási csoport) hatékonyságának megértésében is. Az alkalmazások kiterjednek továbbá nemegyensúlyi problémák tanulmányozására is, különös tekintettel az ún. kvantum-kvencsekre, amelyek a modern, ultrahideg kvantumgázokkal végzett kísérletekben kiemelkedő szerepet játszanak. Az előadás célja, hogy áttekintést nyújtson az elmúlt évtizedben felhalmozódott ismeretanyag legfontosabb fejezeteibe.


2015. április 16., csütörtök, 15:00-kor

Ujfalussy Balázs (MTA WIGNER FK SZFI, Elméleti Szilárdtestfizikai Osztály)

„Szupravezető heteroszerkezetek kvázirészecske spektruma"

Kivonatos ismertetés:

A szupravezetés jelenségét leíró elmélet, a Bardeen–Cooper–Schriffer-elmélet nehézségekbe ütközik inhomogen rendszerek tárgyalása esetén, amikor például a k hullámszám nem egy jó kvantumszám. Az ilyen rendszerek leírására használhatjuk a Bogoljubov–de Gennes-egyenleteket, amit a sűrűségfunkcionál elmélet segítségével anyagspecifikussá is tehetünk. Ebben az előadásban az elmélet egy olyan változatát mutatjuk be, amelynek a segítségével lehetővé válik szupravezető-fém többrétegek kvázirészecske spektrumának számítása. Ennek alapján azoknak a kísérleteknek a magyarázatára teszünk kísérletet, amelyekben hagyományos szupravezetők felületén nem szupravezető anyagokból növesztettek vékonyréteget.


2015. április 23., csütörtök, 15:00-kor

Hartmann Péter (MTA WIGNER FK SZFI, Komplex Folyadékok Osztálya)

„Plasztikus deformációk és poros plazmák"

Kivonatos ismertetés:

Poros plazmák, vagyis alacsony nyomású gázkisülésekben lebegő, elektromosan töltött mikron méretű szemcsékből álló felhők meglepő tulajdonségokkal bírhatnak. A kísérlet körülményeit gondosan megválasztva a porszemcsék egy vízszintes sík rétegbe rendeződve kristályos rendbe állhatnak be. A porszemcsék kollektív jellemzőit a köztük ható jelentős Coulomb taszítás dominálja. A szemcsék mozgását egyszerű módszerekkel térben is időben egyaránt fel tudjuk bontani, ezáltal részecske szinten tudunk erősen kölcsönható (csatolt) sokrészecske rendszereket kísérletileg modellezni. Előadásomban a legutóbbi, a lassú plasztikus deformáció vizsgálata során elért eredményeket mutatom be [1]. Ebben a kutatásban egyrétegű, krisztályos állapotú porfelhőt állítottunk elő, amelyben egy lézerforrás síkra kitágított, majd egy lineáris gradiens szűrővel modulált nyalábjával keltettünk homogén nyírást. A lassú deformáció során megfigyelve a rácshibák (elsősorban diszlokációk) dinamikáját a következő megfigyeléseket tettük: (i) a mechanikai feszültség hatására kristálydomének belsejében ellentétes Burgers-vektorú diszlokációpárok keletkeznek, (ii) a keltett diszlokációk (időszakosan szuperszonikus sebességgel) glide (csúszó) mozgást végeznek, (iii) ezen mobilis diszlokációk a kisszögű doménfalakba ütközve annihilálódnak.

 

[1] H P, Kovács A Zs, Douglass A M, Reyes J C, Matthews L S, Hyde T W; “Slow Plastic Creep of 2D Dusty Plasma Solids”; Phys. Rev. Lett. 113, 025002 (2014)


2015. április 30., csütörtök, 15:00-kor

Simon István (MTA-TTK Enzimológiai Intézet)

„Fehérje szerkezetek bioinformatikai és statisztikus fizikai vizsgálata"

Kivonatos ismertetés:

A múlt század utolsó évtizedében egyidejűleg két nagy tudományos áttörés történt, amiből az egyik az igényt a másik a lehetőséget teremtette meg, létrehozva egy új tudományágat a bioinformatikát. A genom projektek, különösen a humán genom program az élettudományok területén eddig nem látott adat mennyiségeket eredményezett, aminek feldolgozása lehetetlen lett volna megfelelő számítástechnikai háttér nélkül. Ezzel egyidejűleg jelent meg az internet és a világháló, ami lehetővé tette az adat források összekapcsolását és az adatok feldolgozását. A szekvencia meghatározások, technikai okok miatt nem közvetlenül a fehérjéken, hanem az azokat kódoló nukleinsavakon történtek. Így azoknak a fehérjéknek is megismerték az aminosav sorrendjét, amit nehéz lett volna tiszta állapotban előállítani, tipikusan ilyenek a membránba ágyazott fehérjék, sőt olyanokét, is mint a rendezetlen fehérjék, aminek a létezéséről nem is tudtunk.

Előadásomban diákjaimmal ezen a területen végzett tevékenységemről számolok be. A bioinformatika nem csak a kutatási eszköz tárat bővíti. Elég csak a transzmembrán fehérjék topológia szerveződése vagy a rendezetlen és kötödés hatására rendeződő fehérje szegmensek szerkezet szerveződését leíró, előadásomban ismertetendő, lényegében statisztikus termodinamikai összefüggések feltárására gondolni, ahhoz, hogy belássuk, ezek a munkák a fehérje tudomány fontos kérdéseinek megválaszolásához járulnak hozzá. Ráadásul, nem csak adatokat tudunk közölni, amit mások felhasználhatnak munkájukban, azaz nem csak halat adunk a többieknek, hanem hálót is amivel maguknak megszerezhetik a mások által még nem publikált információkat. Ennek jegyében telepítettünk 17 szervert a világhálóra. 


2015. május 14., csütörtök, 15:00-kor

Erdélyi Zoltán (Debreceni Egyetem)

„Diffúzió, nukleáció és fázisnövekedés nanoskálán: mobilitás,
feszültségek, rétegrend, nagy koncentráció gradiens hatása"

Kivonatos ismertetés:

Csökkenő karakterisztikus hosszak mellett növekszik a határfelületek sűrűsége mely jelentősen befolyásolhatja a nanostruktúrájú anyagok fizikai tulajdonságait. A határfelületek élessége, a határfelületeknél létrejövő fázisok kialakulásának és növekedésének ismerete kritikus lehet technológiai szempontból. A határfelületek vizsgálata azonban gyakran atomi szintű feloldású technikát igényel. Az előadásban bemutatott eredmények eléréséhez atompróba tomográfia (APT), másodlagos neutrálisrész tömegspektrometria (SNMS) és szinkrotron állóhullámos technikákat használtunk. Az előadás során röviden bemutatásra kerülnek ezek a technikák, valamint az ezekkel elért néhány érdekes eredmény:

i) Ni/Cu rétegekben APT módszer segítségével sikerült kimutatnunk, hogy a kezdetben diffúz határfelületek kiélesedtek a hőkezelés hatására, annak ellenére, hogy a Ni és a Cu ideális szilárdoldatot alkotnak, s így inkább a határfelületek elmosódottságának növekedését várnánk. [1]

ii) Al/Cu/Al és Cu/Al/Cu gömbi trirétegek APT vizsgálata során kiderült, hogy az intermetalikus fázis növekedési üteme a határfelületeknél nagymértékben függ a rétegrendtől. A megfigyeltek értelmezésére megalkottunk egy komplett, analitikus egyenletrendszert, mely alkalmas a szilárdtest reakció leírására mag-héj típusú gömbi nanostruktúrákban. A modell figyelembe veszi a rugalmas feszültségeket, azok plasztikus relaxációját és a nem-egyensúlyi vakanciasűrűséget. [2]

iii) Cu/Si/hordozó rétegekben érdekes módon azt kaptuk, hogy a minta 408 K-re történő felmelegítése, majd azonnali lehűtése során, szinte „robbanásszerűen” keletkezik egy kb. 20 nm vastag Cu3Si réteg. Ha nem hűtjük le a mintát, akkor 18 óra hőkezelés szükséges ahhoz, hogy a Cu3Si réteg további 40 nm-t növekedjen. Ez a lassú növekedés viszont anomális kinetikájú, a reakcióréteg az idő négyzetgyökével arányosan növekszik. Fordított rétegrend (Si/Cu/hordozó) esetében viszont nem figyelhető meg a „robbanásszerű” gyors növekedési szakasz. SNMS és APT technikák segítségével vizsgáltunk bi- és trirétegeket, majd pedig az eredményeket az irodalomban elérhető termodinamikai adatok alapján értelmeztük. A nukleációs folyamatot polimorfikus nukleációs módként azonosítottuk. [3, 4]

iv) Szilárdtest reakció során vagy a nukleáció, vagy az állandósult (steady state) növekedési szakaszt vizsgálják. Kísérletileg szinte kizárólag az utóbbit, a nukleációs szakasz vizsgálatára csak néhány példa van az irodalomban. A két szakasz közötti átmeneti rész vizsgálatára pedig egyáltalán nem található példa. Ezt a szakaszt vizsgáltuk Ni-Si és Co-Si rendszerekben XRD (x-ray diffraction), négypontos ellenállásmérés, GIXRF (grazing incidence x-ray fluorescence) és EXAFS (extended x-ray absorption fine structure) spektroszkópia segítségével, fluoreszcencia detektálás mellett, hullámvezető geometriában. a-Si/Ni/a-Si és a-Si/Co/a-Si rétegekben vizsgáltuk a Ni2Si és CoSi fázisok növekedésének kezdeti szakaszát. Azt figyeltük meg, hogy egy Ni-Si 2:1 keveréke alakul ki a határfelületeken a minta gyártása során, de azok vastagsága különböző az a-Si/Ni és Ni/a-Si határfelületeknél. Hőkezelés során kristályos Ni2Si keletkezik, de meglepő módon a vastagabb Ni2Si gyorsabban növekszik, mint a vékonyabb. Hasonló megfigyelést tettünk az a-Si/Co/a-Si esetében is. A kísérleti eredmények értelmezésére számítógépes szimulációt végeztünk.

[1] Z. Balogh, M.R. Chellali, G.-H. Greiwe, G. Schmitz, Z. Erdélyi, APPL. PHYS. LETT. 99, 181902 (2011)
[2] Z. Erdélyi, G. Schmitz, ACTA MATERIALIA 60, 1807 (2012)
[3] B. Parditka, M. Verezhak, Z. Balogh, A. Csik, G.A. Langer, D.L. Beke, M. Ibrahim, G. Schmitz, Z. Erdélyi, ACTA MATERIALIA 61:(19) pp. 7173-7179. (2013)
[4] M Ibrahim, Z Balogh, P Stender, R Schlesiger, G H Greiwe, G Schmitz, B Parditka, G A Langer, A Csik, Z Erdélyi, ACTA MATERIALIA 76: pp. 306-313. (2014)
[5] Parditka B, Tomán J, Cserháti C, Jánosfalvi Zs, Csik A, Zizak I, Feyerherm R, Schmitz G, Erdélyi Z, ACTA MATERIALIA 87: pp. 111-120. (2015)


2015. május 21., csütörtök, 15:00-kor

Andreas Ringwald (Deutsches Elektronen-Synchrotron, Hamburg, DE)

„Exploring the Role of Axions and Other Ultralight Particles in the Dark Universe"
/Marx memorial lecture/

Kivonatos ismertetés:

Many theoretically well-motivated extensions of the standard model of particle physics  predict the existence of very weakly interacting slim (in the sense of ultralight) particles (WISPs),  such as the axion. WISPs may constitute the mysterious dark matter in the universe and solve some puzzles in stellar and high-energy astrophysics. There are new, relatively small  experiments around the globe, which started to hunt for these elusive particles and complement the search for physics beyond the standard model at the Large Hadron Collider.