KOVÁCS LÁSZLÓ
Bay Zoltán, a kísérleti fizika varázslatos mestere

A száz éve született Bay Zoltán debreceni református gimnázium éveiben a zene bűvöletében élt, kiválóan zongorázott. Nem lett zongorista, de a Washington D. C. melletti Chevy Chase-i házában élete végéig szívesen játszott barna pianínóján. Zenei ismeretei, képességei nagyban segítették sikeres kísérleti fizikusi pályáját. Amiért őt tiszteljük: az elektronsokszorozó tökéletesítése, a rádiócsillagászat elindítása, az új méterszabvány kidolgozása, az energia- és impulzusmegmaradás atomi méretű bizonyítása, mind-mind kapcsolódik az ő muzsikus lelkéhez.

Haydn, Mozart, Beethoven
Ezt a három nevet mondta a kisiskolás Bay Zoltán, amikor zongoratanára a klasszikusok felsorolását kérte tőle.

Jedlik, Eötvös, Bay – a helyes felelet, ha a kísérleti fizika három magyar klasszikusa felől érdeklődnek.

Amikor a zongoratanár a stílusjegyeket tanította Zolinak, akkor Haydn komolysága, Mozart játékossága és Beethoven nemes egyszerűsége közül talán a klasszikus korszakot lezáró mester hatott rá legjobban: ha van igazi mondanivaló, ha van mély tartalom, akkor bátran lehet azt egészen egyszerű eszközökkel megjeleníteni. Mély elméleti megfontolások és sok-sok alapozó kísérlet után egészen egyszerű eszközök és módszerek alkalmazása – ez jellemzi Bay Zoltán valamennyi világraszóló kísérleti eredményét.

I. Vivace. Csomagolópapír az elektronsokszorozóban
A zongorista a dallamot úgy tudja kiemelni, hogy azt más billentéssel játssza, a kíséretet pedig halkan, hangsúlytalanul. Ugyanígy a fizikában: a hasznos jelet azzal tudom kiemelni, hogy felerősítem, vagy lecsökkentem a háttérzajt.

Az orosz-amerikai Zworikyn az általa megalkotott elektronsokszorozó vákuumcsövet a fellépő igen nagy háttérzaj miatt csak elektronikus erősítésre tartotta alkalmasnak. Bay Zoltán úgy vélte, hogy megfelelő módszerekkel a háttérzajt csaknem teljesen meg lehet szüntetni. Ekkor egyesével lehet érzékelni a beérkező fotonokat (fénykvantumokat, g-kvantumokat) vagy b-részecskéket (elektronokat).

Az elektronsokszorozó működésének az a lényege, hogy a beérkező foton által az első elektródából kiváltott elektronokat elektromos térrel felgyorsítják, majd újabb elektródába ütköztetik. Ezzel az elektronszámot jelentősen növelik, majd ezt tíz-tizenkétszer megismétlik. A háttérzaj fő okozója az, hogy az elektródák – atomjaik heves rezgése, hőmozgása következtében – külső behatás nélkül is bocsátanak ki elektronokat.

Bay Zoltán a nemkívánatos elektronok ellen először úgy védekezett, hogy az egész berendezést lehűtötte folyékony nitrogénnel. Ezenkívül még azt tette, hogy a vákuumcsövet fekete papírba burkolta: a fekete papír segítette a sugárzással történő hőelvonást, de védett az óhatatlanul jelen levő szórt fény kósza fotonjaitól is.

Ha nem b-részecskékkel, hanem fénykvantumokkal indította el az elektronlavinát, akkor a fényt vízen keresztül vezette az első elektródára: így a víz kiszűrte a hősugarakat. Később már nem is kellett lehűteni a berendezést, mert komoly elméleti megalapozás után nagy munkával kikísérleteztek az elektródák számára olyan anyagösszetételt, amelyből a hőmozgás miatt szobahőmérsékleten nem lépnek ki elektronok.

II. Con brio.“Fraktál-szerkezet”az egyidejűséget mérő berendezésben
A fizikában nagyon fontos méréssel bizonyítani azt, hogy két esemény azonos időben történt. Az egyidejűség mérésére szolgáló berendezés neve: Koincidencia-készülék. Bay Zoltán is épített koincidencia-berendezést: összekapcsolt két általa tökéletesített elektronsokszorozót. Előfordul azonban, hogy véletlenül éppen egyidőben érkezik az egyik és a másik sokszorozóra is egy-egy olyan foton vagy elektron, amelyek semmilyen kapcsolatban nincsenek egymással. Az ekkor kiadott koincidencia-jelzés hamis, azaz háttérzaj. Hogyan védekezhetnénk ellene? Vegyünk egy másik, hasonló koincidencia-készüléket és kapcsoljuk azt össze az előzővel! Ennek a második eszköznek is van saját zaja, de annak igazán kicsi a valószínűsége, hogy véletlenül négy egymástól teljesen függetlenül haladó kósza foton vagy elektron egyidőben csapódjon be a négy érzékelő elektródába.

Bay Zoltán az atomi méretű energia- és impulzusmegmaradás megavlósulása során talált olyan folyamatot, ahol igen-igen rövid időn (10^-11 másodpercen) belül négy elektron, illetve g-foton keletkezik. Ezt pontos kísérleteivel igazolta, majd oda helyezte az ő kettős koincidencia-berendezését. Az jelet adott, “megszólalt”. Elméleti megfontolásait is figyelembe véve biztos lehetett abban, hogy az összetartozó négy elemi objektum szólaltatta meg a kettős koincidencia-berendezését.

III. Andante. Vízbontó készülék a radarberendezésben
Beethoven Holdfény-szonátájának makacsul ismétlődő első bé hangja adhatta az ötletet ahhoz, hogy a Holdról visszaérkező gyenge radarjeleket összegezni kell, és akkor ezer azonos, hasznos jel együttesen már a véletlenszerűen eloszló zaj szintje fölé tud emelkedni. 1946. február 6-a bevonult a radarcsillagászat történetébe: Európában először ezen a napon sikerült a megismétlődő hasznos jeleket vízbontó készülék alkalmazásával kimutathatóan összegyűjteni. Az Egyesült Izzó újpesti gyárában történt ez az összegezés. Az amerikai kutatócsoport egy hónappal előbb észlelte egyetlen radarjel visszaérkezését a Holdról. Bay Zoltán zsenialitása a jelösszegezés és -tárolás módszerét adta a kezünkbe, azt a módszert, amelyet a mai napig is alkalmaznak.

IV. Appassionato. Hangvilla, mint analóg kísérleti eszköz az új méterdefiníció megalkotásánál
Hangvilla és metronom – a zenészek eszközei. Bizonyára sokan emlékeznek még arra a hangtani kísérletre, amikor egyszerre szólaltatnak meg egy gyári 440 Hz rezgésszámú á hangvillát és egy másik, kicsit elhangolt, 444 Hz rezgésszámút. Ekkor a két közeli hangon kívül még egy lüktetést is hallunk: négyszeri hangerősödést, illetve halkulást. Ennek a hangjelenségnek a rezgésszáma, a négy, éppen a 444 és a 440 számok különbsége.

Hasonló jelenséget tapasztalhatunk akkor, amikor rádiónk keresőgombját forgatva egyszerre fogjuk két közeli adóállomás jelét. A, pl. 1000 Hz-es, sípoló hang a fülünkkel felfoghatatlan rádiófrekvenciák különbsége. Hasonló kísérleti ötlettel mérte a fény frekvenciáját és a hullámhossz ismeretében magát a fénysebességet Bay Zoltán. A lézer fényéhez ismert rezgésszámú mikrohullámot kevert. A fénytani lüktetés most olyan hullámot eredményezett, amelynek már “mikrohullámú metronómmal”meg lehetett mérni a rezgésszámát. Végül is ezzel a “frekvenciaáthelyezési módszerrel”a keresett optikai rezgésszám a mérhető mikrohullámú rezgésszám többszöröseként adódott, és így atomórával lehetett fényrezgésszámot mérni. Az egész mérésre azért volt szükség, mert Bay Zoltán 1965-ben ránézett az s = vˇt (út = sebesség x idő) ismert iskolai képletre, és azt mondta: a hosszúság egységének,a méternek – a jelenleg pontatlan – meghatározását vissza fogom vezetni a három nagyságrenddel pontosabb időegység atomórás mérésére. Sokan támadták ezért az elképzeléséért, mondván, a sebességet éppen az út és az idő mérésével határozom meg, nem lehet akkor az út egységét ezen sebességre alapozni.

Megfeledkeztek az ellenzők arról, hogy a pontos mérés után rögzítették a fénysebesség értékét: a mért, értékes számjegyek után minden további jegyet zérusnak vettek. Most már egy konstanssal, egy állandó értékkel kell az időt szorozni, s így valóban az időmérés pontosságával adható meg az “1 méter, az a távolság, amelyet a fény vákuumban a másodperc 299 792 458-ad része alatt tesz meg”. 1983-ban zárult csak sikerrel a harc, akkor fogadta el a Nemzetközi Mértékügyi Konferencia a fenti új méterdefiníciót. Talán ennek a mindennapjainkhoz kapcsolódó definíciónak a megalkotása Bay Zoltán legnagyobb érdeme.

V. Grandioso, maestoso. Az utókor hálája
Bay Zoltán egyik koincidenciába kapcsolt, kettős elektronsokszorozója a Smithsonion Institution Amerika Történeti Múzeumának Washington D. C. melletti raktárában pihe. A Holdradar-kísérlet vízbontó készülékét Budapesten a Műszaki Múzeum raktárában őrzik. E becses műszaki emlékeket időnként kiállítják.

Akármikor láthatja viszont a Bay-alkotásokat kőbe vésve az, aki Újpesten jár.

Születésének 100. évfordulóján egykori munkahelyének, az Egyesült Izzó kutatólaboratóriumának, és a róla elnevezett középiskolának a közelében, a Görgey utca elején felavatták köztéri bronz mellszobrát, Gömbös László szobrászművész alkotását.

Gömbös László a szobor talapzatán bemutatja az utca emberének nagy fizikusunk legfontosabb kísérleti eredményeit.

Bay Zoltán kísérleteiben kimentette az értékes jeleket a “zaj tengeréből”, és élete kockáztatásával megmentette zsidó munkatársait a biztos haláltól.

A születési centenáriumhoz kapcsolódóan vehette át Bay Zoltánné, Duci, a zsidó kollégák megmentéséért kapott posztumusz Yad Vashem kitüntetést, és Jeruzsálemben is ott áll a neve az Igazak Falán, mert valóban: BAY ZOLTÁN EGY IGAZ EMBER.

IRODALOM
Wagner, F. S.: Bay Zoltán atomfizikus, az űrkutatás úttörője, Akadémiai Kiadó, 1994
Kovács László: Bay Zoltán, a kísérleti fizikus, Savaria UP, 1995
Kovács L. G.: Z. Bay on Education and Science, Science and Education 5, Nr. 3. p 309.