Sajtónyilvános eseményen, az újságírókkal közösen várta a fiziológiai és orvostudományi Nobel-díj bejelentését a Szegedi Tudományegyetem vezetősége 2023. október 2-án, az egyetem központi épületében. Az SZTE kutatóprofesszorát, Karikó Katalint évek óta az esélyesek között tartották számon, és idén meg is kapta a tudományos világ legjelentősebb elismerését. A Szegedi Tudományegyetem élőben kapcsolta az SZTE történetének második Nobel-díjasát, Amerikából.
A Szegedi Tudományegyetem Fizikai Intézetében idén is megtartották a Szegedi Fizika Napjának népszerű előadásait és bemutatóit, amelyek lassan 20 éve nyújtanak élményt és eligazítást a pályaválasztás előtt álló középiskolások számára. A fizikanapok rendszerint igyekeznek bemutatni a szegedi egyetem fizika képzése által nyújtott teljes szakmaspektrumot az ELI ALPS-ban elérhető lézeres kutatói és mérnöki iránytól az orvostechnológiai eszközök fejlesztéséig, az űrkutatástól a nanofabrikációig. Üzenetük pedig az, hogy a fizika tanulása nem kényszerít azonnali döntésre, mert az itt megtanult és fejlesztett sokféle készség számos keresett szakmában használható.
A Szegedi Fizika Napján idén a mesterséges intelligencia és a kvantumtudomány kapta a legnagyobb hangsúlyt. Előbbi, mert megkerülhetetlen, utóbbi, mert a kvantumtudomány és -technológia nemzetközi éve van, a Fizikai Intézetben pedig a fotonikai mérnök mesterszakkal idén elindul a kvantuminformatikai modul is.
Dr. Szalai Tamás csillagász, a fizikanap házigazdája, az SZTE Fizikai Intézet docense kérdésünkre azt emelte ki, hogy az eseményre elhívott partnerintézmények, az ELI ALPS és az SZBK mellett idén is fizikusokat alkalmazó piaci cégek jöttek el bemutatni munkájukat. E cégeknél a dél-alföldi régióban már általában olyan szakemberek dolgoznak, akik egykor az SZTE Fizikai Intézetében szerezték diplomájukat. A fizikusi diplomával sokféle fejlesztési tevékenységgel foglalkoznak, és ezeknek a közös alapját a szegedi egyetemi képzés jelenti. Dr. Szalai Tamás szerint világjelenség, hogy a hagyományos természettudományos kutatói pályák helyett inkább a műszaki területeket választják a diákok, ezért az SZTE-n alkalmazkodtak ehhez: tavaly elindult a fizikus-mérnöki alapszak, idén pedig a folytatása, a fotonikai mérnöki mesterszak.
– Abban bízunk, hogy előnyös választást nyújt, ha egymás mellett megmarad a hagyományosabb fizika és a fizikus mérnöki irány. Igyekeztünk olyan szemmel összeállítani ezeket a képzési programokat, hogy a mostani világ kihívásainak megfeleljenek, a hallgató megszerezze mindazt a készséget, amit az ELI-ben, vagy más cégeknél szükségesnek éreznek.
Az esemény első plenáris előadásán Dr. Bari Ferenc, az SZTE SZAOK Orvosi Fizikai és Orvosi Informatikai Intézet egyetemi tanára a mesterséges intelligencia egészségtudományi szerepéről beszélt. A világ, mondta az orvosi bioinformatika szakértője, sokkal bonyolultabb annál, hogy akár egy egyszerű kérdésre is frappáns tudományos választ adjunk. Ezért van szükség a modellek megalkotására, amelyek egyszerűsítenek és segítik a megértést. A mesterséges intelligencia – melynek egy részét többek között a neurális hálózatok reprezentálják – Bari professzor szerint a megismerésnek olyan új eszközrendszere, amely a korábbihoz képest forradalmasítani fogja a saját egészségünkre vonatkozó információk feldolgozását is.
Prof. Dr. Bari Ferenc előadása a Szegedi Fizika Napján. Fotó: Kovács-Jerney Ádám
Ez a megismerési forradalom a 2024-ben fizikai Nobel-díjat kapott John Hopfield kutatásaival kezdődött. Hopfield 1982-ben publikálta áttörő eredményét, amely szerint a központi idegrendszerben a neuronok összekapcsolódása nem folyamatos, hanem a kapcsolatok elgyengülhetnek és megerősödhetnek; vagyis e kapcsolatokat nem passzív, hanem aktív „vezetékek” látják el, amelyek akár használat közben újra épülhetnek, továbbá új kapcsolatok is kialakulhatnak. Ezekre a döntően neurobiológiai kutatásokra alapozva készítette el az amerikai fizikus a róla elnevezett Hopfield-hálózatot, amely a gépi tanulás meghatározó modellje lett. A 2024-ben vele együtt díjazott Geoffrey Hinton ehhez azt tette hozzá, hogy a tanulás nem pusztán egyrétegű, hanem, ahogyan a látó- és hallórendszerünk is sok kapcsolat útján erősít meg információkat, úgy a gépi tanulás is lehet többdimenziós.
Az első áttörések egyike az volt, amikor a sakkozó számítógép legyőzte Garri Kaszparovot. A sakkjátszmák sokaságát megtanítva ugyanis optimalizálni lehetett a gép számára a következő lépést. Az igazi áttörés pedig a go játékban történt, amely nem algoritmizálható úgy, mint a sakk, a gép mégis legyőzte az emberi játékost.
A mesterséges intelligencia alkalmazásai közül Dr. Bari Ferenc a képfelismerés és a gépi látás eredményeit tartja az első meggyőző sikernek; az első mesterséges intelligencia alapú képfelismerés a macskát el tudta különíteni a nem macskától (ehhez a Facebookra felvitt macskaképeket használták tanuló algoritmusként).
Ami az orvosi alkalmazásokat illeti, meglepő eredményeket jelentettek be a közelmúltban; egy tudományos cikk szerint 51 ezer szemfenéki kép elemzéséből 95%-os pontossággal meg lehet jósolni, hogy kit fog stroke érni. Kínai kutatók pedig azt közölték, hogy egy arcképről el lehet dönteni, milyen kardiovaszkuláris rizikófaktorai vannak az illetőnek, és az arckép elkészítésétől hány év múlva fognak ezek jelentkezni.
Dr. Bari Ferenc arra is felhívja a figyelmet, hogy a mesterséges intelligencia még inkább rávilágít világunk megismerésének nehézségeire, mint gondolnánk. Emiatt alakult ki a promptok, vagyis a kérdezési utasítások tudománya, ami azt vizsgálja, hogyan kell értelmesen kérdezni a gépet.
Mára már a mesterséges intelligenciával támogatott látás az emberi látásnál sokkal részletesebb és pontosabb elemzésre ad lehetőséget. Emiatt nem meglepő, hogy nagy segítséget jelent ott, ahol a képi információ feldolgozása elsődleges, mint a radiológiában, a patológiában vagy a bőrgyógyászatban. Dr. Bari Ferenc szerint ma már egy melanóma diagnosztizálásánál gyakorlatilag nem különbözik a gépi és a szakorvosok általi felismerés. A tapasztalat az, hogy a gép több vonást tekint patológiásnak, mint az orvosok, ezért gyakran mondják, hogy érdemes először a géppel megnézetni, majd szakértőkkel döntést hozni.
Dr. Bari Ferenc szerint az egészségügy mára már adatvezérelt lett, egy CT alkalmával például milliárdnyi adatot rögzítenek rólunk. Gyorsak lettek a számítógépek és sok szakember dolgozik a területen, mivel az egészség jó üzlet is lett. A mesterséges intelligenciával elért új tudományos alkalmazások bevezetése mégsem töretlen vonalú, hanem a projektek eljutnak egy csúcsra, ahol az ígéret és a realitás közötti szakadék nyilvánvalóvá válik, és akkor elkezdődik az erőforrások kivonása. Néhány év alatt mégis előbbre jut az innováció bevezetése. Készüljünk fel arra, mondja Dr. Bari Ferenc, hogy a folyamat nem lineáris, és lehet, hogy nem is tudunk mindent megoldani a mesterséges intelligenciával. Jelentős eredménynek számít azonban, hogy a mesterséges intelligencia új antibiotikum kifejlesztését tette lehetővé, amire hatvan év óta nem volt példa.
A bioinformatika professzor az orvostudományban alkalmazott mesterséges intelligencia legnagyobb kihívásának a személyre szabott gyógyászatot nevezte; a precíziós medicina ugyanis az egyéni jellemzőkhöz szabja a kezelést, ehhez pedig adatokra van szükség.
Dr. Bari Ferenc úgy véli, a mesterséges intelligencia és az egészségügy esetén a lehetőségeket és a korlátokat együtt kell látnunk, és mindenekelőtt folyamatosan tanulnunk kell. Szerinte a mesterséges intelligenciával támogatott orvostudomány legnagyobb eredményeit az intenzív osztályokon érte el, ahol sok adat felhasználásával folyik a gyógyítás. Meglepőnek nevezte a pszichiátriai telemedicina fejlődését, amely ott tart, hogy a mesterséges intelligenciával támogatott pszichoterápiás chatbotok hatékony pszichológusoknak bizonyultak.
A fizika napjának következő fókusza az idén 100 éves kvantumtudomány volt. Dr. Földi Péter egyetemi tanár, az SZTE Fizikai Intézet Elméleti Fizikai Tanszék vezetője, az ELI ALPS kutatója kezdésnek felidézte, hogy Philipp von Jolly német kísérleti fizikus egykor azt tanácsolta a fiatal Max Plancknak, hogy ne fizikával foglalkozzon, mert ezen a tudományterületen már csak néhány apró tisztázandó kérdés maradt. Planck mégis fizikus lett, és a hőmérsékleti sugárzás problémáját vizsgálva olyan feltételezésre jutott, ami 20 éven belül a teljes világképünket érintő változáshoz és közvetlenül a kvantumfizika megszületéséhez vezetett. Plack ugyanis azt feltételezte, hogy a fényben tárolt energia nem folytonos, hanem a később róla elnevezett Planck-állandó és a frekvencia szorzatának egész számú többszöröse, vagyis a sugárzás kvantumokban terjed.
Dr. Földi Péter egyetemi tanár, az SZTE Fizikai Intézet Elméleti Fizikai Tanszék vezetője. Fotó: Kovács-Jerney Ádám
Ezzel az elgondolással magyarázta meg 1905-ben Albert Einstein a fotoelektromos jelenséget, Niels Bohr pedig az így kapott energiaszintekkel tudta magyarázni az elemek vonalas színképét. A 100 éves évforduló Werner Heisenberg 1925-ben megalkotott, az anyag részecsketermészetét feltételező mátrixmechanikájának születését jelzi; ez volt a kvantummechanika első megjelenési formája. Egy évvel később Erwin Schrödinger publikálta hullámmechanikáját, majd nem sokkal ezután ugyanő mutatta ki, hogy a két elmélet ugyanannak a kérdésnek más-más leírását adja. Innen az is következett, hogy a hullám-részecske kettős természet az összes mikrorészecskére igaz, sőt már a 60 atomot tartalmazó fullerén szénmolekulával is végeztek kvantumos hatást mutató kísérletet. Dr. Földi Péter szerint nem eldöntött viszont, hogy kétféle fizika van-e – a newtoni fizika a makroszkopikus rendszerekre, a kvantumfizika pedig az atomi méretűekre –, és a kettő között van átmenet, vagy pedig valójában mindkettő ugyanannak a jelenségnek más-más megjelenési formája.
Dr. Földi Péter ezután a kvantumos fizikát felhasználó technológiai alkalmazásokról beszélt. Kvantumtechnológia alatt a kvantumtudomány informatikai jellegű alkalmazásait értik, ahhoz azonban, hogy idáig eljusson a tudomány, előbb egyedi kvantumrendszereket kellett tudni izoláltan tanulmányozni. A kvantumos rendszerek jellemzője, hogy a mérés visszahat a mért rendszerre, ezért e rendszerek időfejlődése is függhet a méréstől. Egy részecske állapotát a Schrödinger-egyenlet folyamatos időfejlődéssel írja le, ahányszor azonban mérés történik, „mintha belerúgnánk a rendszerbe”, az „állapot összeomlik”, informatikai analógiával vagy 0-ra, vagy 1-re ugrik – ahelyett, hogy egyenletesen oszcillálna.
A kvantumos rendszerekben az információátadás jellegében más, mint a klasszikus esetben; ez a magyarázata annak, hogy egyes műveleteket a kvantumalapú számítógép sokkal gyorsabban el tud végezni. A kvantumos számítógépben a bit megfelelője a qubit vagy kvantumbit. Amíg azonban egy klasszikus bit mindig egyértelműen 0 vagy 1 állapotú, addig egy qubit a két állapot szuperpozíciójában is képes lenni, vagyis egyszerre mindkét állapotban létezhet. Ezen, valamint a qubitek erős kvantumos összefonódásán alapul a kvantumszámítógép elve.
Két qubit ugyanis lehet nagyon távol is egymástól; amennyiben ezek kvantumosan összefonódott állapotban vannak, az egyiken végrehajtott mérés befolyásolja a másik állapotát, ugyanakkor az információátvitel sebessége nem haladja meg a fénysebességet. Ezen alapul a ma már kísérletileg is megvalósított kvantumos teleportálás, amiről azt azért tudni kell, hogy valójában nem anyagot, hanem információt továbbít. A két qubit közötti erős korrelációt valamely kvantumos alapon működő kétbites kapu tudja biztosítani.
A szuperpozíció és a kvantumos összefonódás a kvantumrendszerek különleges, a klasszikus fizikában nem észlelhető jellemzői. Albert Einstein, aki a klasszikus determinizmus híve volt, rosszallóan kísérteties távolbahatásnak nevezte az összefonódott rendszereken végrehajtott mérés következményeit. A kvantumkorreláció következtében ugyanis ekkor az egyik részrendszeren megmért tulajdonság a másikat is azonnal arra készteti, hogy egy megfelelő tulajdonságot vegyen fel, még akkor is, ha a két részecske olyan távol van egymástól, hogy fénysebességgel sem érhet oda az információ. A kvantumos összefonódás jelenségének kísérleti kimutatásáért 2022-ban Alain Aspect, John F. Clauser és Anton Zeilinger kapta a fizikai Nobel-díjat.
Dr. Dombi Péter, az ELI ALPS Ultragyors Nanotudományi Kutatócsoport vezetője, a HUN-REN Wigner Jenő Fizikai Kutatóközpont kutatóprofesszora az ELI ALPS-ban vizsgált elektronokról és fotonokról beszélt előadásában. A témát a fény kettős, részecske- és hullámtermészetével vezette be, rámutatva, hogy egyes kísérletek az egyik, mások a másik tulajdonságát igazolják, de valójában ez a két tulajdonság egymást kölcsönösen kiegészítő módon jellemzi a fényt. A Maxwell-egyenletek (1873) nyomán a fizikusok sokáig a fény hullámtermészetét tekintették bizonyítottnak, amíg Heinrich Hertz, valamint az első magyar Nobel-díjas, Lénárd Fülöp kutatásai révén felfigyeltek a fotoelektromos hatásra: amikor fémeket világítottak meg fénnyel, elektronok léptek ki a fémfelületből. Nem teljesen értették azonban az okát, hiszen a fény, mint folytonos elektromágneses hullám ezt a jelenséget nem indokolta. Végül Max Plancknak a feketetest sugárzást magyarázó felismerése hozta el az áttörést, miszerint a fény diszkrét energiaadagokban éri el a felületet. Albert Einstein 1905-ben ebből kiindulva alkotta meg a foton fogalmát, és ezzel rámutatott a fény részecsketermészetére. Nagyobbrészt e cikkéért kapta meg 1921-ben a Nobel-díjat.
Dr. Dombi Péter, az ELI ALPS Ultragyors Nanotudományi Kutatócsoport vezetője, a HUN-REN Wigner Jenő Fizikai Kutatóközpont kutatóprofesszora. Fotó: Kovács-Jerney Ádám
Dr. Dombi Péter a lézerfény alkalmazásairól szólva elmondta, hogy Krausz Ferenc 2023-ban az attoszekundumos fényfelvillanások kísérleti előállításáért kapta Nobel-díját, utat nyitva az anyagokban lévő elektronok mozgásának tanulmányozása előtt.
Az attoszekundumos fényimpulzusok előállítására használt lézerekről Dr. Dombi Péter elmondta, hogy ezek nagy intenzitású, ultragyorsan egymást követő impulzusokból állnak. Egy folytonos fényforrás elektromos tere úgy változik, mint egy szinuszhullám; a rövid impulzusú lézerek viszont különlegesen rövid felvillanásokat biztosítanak, amelyeknek hossza a szinuszhullám periódusával összemérhető időben.
Krausz Ferenc az attomásodperces fényfelvillanást úgy állította elő, hogy a lézer fényét vákuumban nemesgáz-atomokra fókuszálta. A beérkező nagy intenzitású lézerimpulzus az argonatomból kiszakított egy elektront, ami aztán a lézer elektromágneses terének változásával újra visszatért az atomba, fölös energiáját pedig egy attoszekundumos időtartamú fényvillanással adta le. Ez a különlegesen rövid fényvillanás alkalmas arra, hogy segítségével az atomi méretű részecskék dinamikus mozgását vizsgálják. Többek között ilyen vizsgálati módszereket kínál a világ minden részéből ide érkező kutatócsoportoknak az ELI szegedi kutatóközpontja.
Dr. Dombi Péter elmondta még, hogy az ELI-ben akár elsőéves fizikus egyetemi hallgatókat is fogadnak; a modern, világszínvonalú kutatóközpontban minden érdeklődő hallgatónak lehetőséget nyújtanak, hogy érdekes kísérleti projekteken dolgozzon egyetemi tanulmányai mellett.
Az előadások után Fizikusok a munkaerőpiacon címmel Dr. Szalai Tamás beszélgetett három kutatónővel, akik a Szegedi Tudományegyetem Fizikai Intézetében szerzett diplomájuk és PhD-fokozatuk után a szegedi tudományos agglomerációban helyezkedtek el. Dr. Pápa Zsuzsanna fizikus kutató (ELI ALPS), Dr. Dorogi Márta fizikus-közgazdász (Semilab) és Dr. Nagy Krisztina biofizikus-kémikus kutató (SZBK) életpályája különbözik, de abban egyetértettek, hogy a fizika szakot egyikük sem bánta meg. Közös élményük, hogy az SZTE Fizikai Intézetében többet kaptak, mint amire felvételi előtt számítottak.
Dr. Pápa Zsuzsanna nem készült sem fizikusnak, sem kutatónak. A matematikát és a humán tárgyakat is kedvelte. A fizika mellett az döntött, hogy fizikus diplomával sokfelé indulhat el; vonzotta, hogy egyetem után akár meteorológiai adatelemző vagy csillagász is lehetett, a fizikusi diploma sok ajtót kinyitott. Fizikából amúgy nem is tett emelt szintű érettségit. Ezért eleinte tartott tőle, hogy megállja-e majd a helyét az egyetemen, de ebből nem lett baj: a fizika szakon az alapozó tárgyak mindenkit közös tudásszintre hoztak. Ha valaki attól tartana, hogy nem járt fizika szakkörre, ez ne tartsa vissza, fordult a közönség felé. Az egyetemen már a másodéves laborgyakorlaton megkérdezte tőle a gyakorlatvezető, hogy csatlakozna-e a kutatócsoportjukhoz, és itt megtapasztalta, mit jelent a kutatásban részt venni.
Dr. Nagy Krisztina az egyetemre készülve a biológia mellé keresett második természettudományos tárgyat; nehezen tudott dönteni, mert mindent szeretett, ezért sokáig odázta a döntést. Ő is azért választotta a fizikát, mert ez teret hagyott, hogy minél több mindent tanuljon, és minél több lehetősége legyen a diploma megszerzése után. Később a kémia szakot is elvégezte, abból a megfontolásból, hogy a természettudományos témák ma már túlnyomóan multidiszciplináris jellegűek.
Dr. Dorogi Márta kezdetben inkább csak azt tudta, hogy nem bölcsészetet szeretne tanulni, hanem természettudományokat, mert „a realitás világa” állt közelebb a gondolkodásához. Ő is a fizikát választotta; a Fizikai Intézetben a második évben érezte meg, hogy a diplomához kevés lesz, ha csak tanul: bekapcsolódott a labormunkába, TDK-munkát vállalt, és innen egyenes út vezetett a PhD-fokozat megszerzéséhez. Az SZBK-ban 10 évig dolgozva, a fotoszintézis biofizikáját kutatták; itt tapasztalta meg, hogy a nemzetközi pályázatokon múlik a kutatás finanszírozása. Emiatt közgazdasági, majd később pszichológiai diplomát is szerzett. Az SZBK-ból hívták át a Semilab céghez, ahol projektek üzleti tervezésével és szellemi tulajdonvédelemmel foglalkozik.
A Semilab Zrt. standjánál. Fotó: Kovács-Jerney Ádám
A Szegedi Fizika Napján Dr. Czirják Attila "Fekete mágia kvantum oszcillátorokkal: zérusponti energia, préselt fény, kvantumtechnológia" címmel tartott egyetemi mintaórát.
Az érdeklődők az SZTE IKIKK 3D Központban, Lézeres Aeroszol Kutatások Laboratóriumban, a Nano- és Mikro-megmunkálás Kutatócsoport (Namilab) laborjában tehettek látogatást.
A standoknál bemutatkoztak az SZTE Fizikai Intézet kutatócsoportjai, társintézetek (ELI ALPS, Szegedi Biológiai Kutatóközpont), valamint fizikusokat alkalmazó cégek (Furukawa Electric Technológiai, Hobré Laser Technology Kft., Semilab Zrt., Zeto EU Kft.). Az ELI ALPS kutatócsoport-vezetője, Dr. Divéki Zsolt pedig "Engem kérdezz, ne a ChatGPT-t!" felhívással válaszolt az érdeklődők kérdéseire.
Panek Sándor
A borítóképen: A Szegedi Fizika Napja a Szegedi Tudományegyetem Fizikai Intézetében. Fotó: Kovács-Jerney Ádám
