A modern fizika lépésről lépésre lehetővé teszi legmerészebb álmaink beteljesítését. Olyan dolgok váltak lehetségessé, amelyekre eddig csak a mesék varázslói vagy a tudományos-fantasztikus történetek, filmek hősei voltak képesek. Ki ne szeretne például időnként láthatatlanná válni? Ok több is lehet rá, események láthatatlan résztvevőiként titkokat leshetünk ki, és a láthatatlanná válás a szégyenkezés miatti elbujdosás helyett is jó megoldás lehet. A mesék hősei ilyenkor magukra terítenek egy varázsköpenyt vagy a fejükbe nyomnak egy varázssüveget, és máris láthatatlanná válnak. A modern fizika legújabb eredményei ilyen láthatatlanná tevő varázsköpenyt ígérnek. Még nincs kész a láthatatlanná tevő köpeny, de az első eredmények is fantasztikusak.
A kutatók természetesen nem egy láthatatlanná tevő csodaeszköz megalkotására törekedtek, bár arra is akadnak példák, hogy valóban egy fantasztikus regényben olvasott, filmen látott meseszerű, csodálatos elem indította el a gondolkodást. Ebben az esetben a történések a tudomány belső logikáját követték. Érdekes és jellemző részlet: a kutatásokat az utóbbi években az Egyesült Államok hírszerző közössége ösztöndíj programja támogatta.
Évtizedekkel ezelőtt ismerte fel egy kutató, hogy van két olyan, az anyagokra jellemző tulajdonság (elektromos áteresztőképesség (permittivitás) és mágneses áteresztőképesség (permeabilitás)), amely pozitív és negatív értéket egyaránt felvehet, de nincs olyan ismert anyag, amelyben mindkét mennyiség negatív értékű lenne. Logikusan következett a kérdés: vajon létrehozható-e és ha igen, milyen tulajdonságokkal rendelkezne egy ilyen, a természetben nem létező anyag. Arra a következtetésre jutott, hogy létre lehet hozni ilyen anyagot. A különleges anyag természetesen különleges tulajdonságokkal bírna, csaknem valamennyi elektromágneses jelenség másképpen menne végbe vagy más eredményre vezetne.
Az egyik legfurcsább következmény a negatív törésmutató lehetősége. A fény a közeg határához érve nem hatolna be a negatív törésmutatójú anyagba, de nem is verődne vissza róla. Ehelyett megkerülné a negatív törésmutatójú tárgyat, majd mintha ott sem lett volna ez a tárgy, menne tovább eredeti irányában. A megkerült tárgyról nem jutna információ szemünkbe, agyunk nem alkotna róla képet, viszont látnánk azt a normális tárgyat, amely a negatív törésmutatójú mögött van. A negatív törésmutatójú anyagból készült vagy ilyen anyaggal bevont tárgy tehát valóban láthatatlanná válna.
Évtizedek elteltével, a múlt század végén kezdtek el alaposabban foglalkozni ezekkel a különlegességeket ígérő anyagokkal, nevet is adtak nekik: metaanyagok. Felismerték, hogy a metaanyagok tulajdonságai erősen függenek az elektromágneses hullámok frekvenciájától. Kiderült, hogy negatív paraméterekkel rendelkező anyagot csak viszonylag szűk frekvenciasávban lehet létrehozni. A negatív elektromágneses illetve a negatív mágneses paraméterek viszont teljesen más frekvenciatartományban jelennek meg, ezért nem fordulnak elő együttesen a természetes anyagokban. A fizika törvényei ugyanakkor nem zárják ki, nem teszik eleve lehetetlenné, hogy a két paraméter egyszerre vegyen fel negatív értéket.
A metaaanyagok tulajdonságainak alapos elméleti elemzése után a receptkészítés következett. Brit kutatók szerint a metaanyagot parányi elemekből kell összerakni, ezek az alkotóelemek periodikusan ismétlődnek egymás után. Az elemek méretét és egymástól való távolságát úgy kell megválasztani, hogy az jóval kisebb legyen a felhasználandó elektromos sugárzás hullámhosszánál. Ebben az esetben a beeső elektromágneses hullám nem tudja megkülönböztetni az egyes elemeket, homogénnek látja a metaanyagot. Az egyik összetevő az elektromos, a másik a mágneses tulajdonságért felel. Az építőelemek parányi hurkok, vezetődarabok, ezeket helyezik el szabályosan ismétlődő rendben.
A metaanyag készítés receptjének közzététele után felgyorsultak az események. Tavaly márciusban egy amerikai kutató azt nyilatkozta a Science-nek, hogy öt éven belül megjelenhet a rádióhullámok tartományában működő metaanyag és az ebből készült eszközök. Alaposan tévedett, mert már október közepén megjelent az első, a mikrohullámok tartományában működő eszköz leírása. A receptet kidolgozó J. Pendry is részt vett a Duke Egyetemen David R. Smith vezetésével dolgozó kutatócsoport munkájában. Az építőelemek üvegszálas felületre szerelt réz karikák és drótok voltak. A kísérletben egyértelműen megfigyelték, hogy az elektromágneses hullámok megkerülték a metaanyaggal körbevett objektumot, úgy, ahogy a folyó vize megkerül egy sima felületű sziklát a mederben.
A következő lépés más hullámhosszakon működőképes metaanyagok létrehozása. A feladat egyre nehezebbé válik, ahogy a rövidebb hullámhosszak felé közeledünk, hiszen a metaanyag építőelemeinek lényegesen kisebbnek kell lennie a ráeső sugárzás hullámhosszánál. A látható fény tartománya már a nanoméretek világában való építkezést kíván meg. November közepén újabb sikerről érkezett hír: a Purdue Egyetemen fémes nanocsíkokból építettek metaanyagot, a csíkokat dielektromos rétegek választották el egymástól. A kutatók szerint negatív törésmutatójú metaanyagukból az infravörös, sőt a látható fény tartományában működő eszközt lehet készíteni.
A gyors fejlődés láttán félve idézem szakemberek néhány hónapja megfogalmazott véleményét: „Pillanatnyilag még ötlet sincs arra, hogyan lehetne egy széles hullámhossztartományban, pl. a látható fény teljes tartományában hatékony metaanyagot elkészíteni. Egyelőre továbbra is a fantázia világában maradnak a Harry Potter vagy a Star Trek hősei által viselt, láthatatlanná tevő varázsköpenyek.”
Ha még nem kész a láthatatlanná tevő varázsköpeny, akkor próbáljunk mást. Próbáljunk egy szempillantás alatt úgy eltűnni, hogy egy hatalmas ugrással valami távoli helyre kerüljünk. A fantasztikus filmek hősei ilyenkor egy másik világegyetembe ugranak át. Egyelőre azonban még nem biztos, hogy vannak más világegyetemek is, bár sok fizikus töri ezen a fejét. Tűzzünk ki szerényebb célt, teleportáltassuk magunkat kisebb távolságra, ez sem tűnik könnyebb feladatnak.
A fantasztikus filmekben az egyik helyen eltűnik a test, majd újra megjelenik valahol távolabb, a laboratóriumokban nem ezt az utat követik. A test állapotát leíró információt küldik el a távolba egy hasonló testnek, amely az információ megérkezésének pillanatában az eredeti pontos hasonmásává válik. Az eredeti pedig ugyanakkor felveszi távoli párjának korábbi állapotát. Tulajdonképpen egy ikerpárral van dolgunk, akik felváltva egymás alakját veszik fel.
1997-ben valósítottak meg a világon először kvantum-teleportálást az Innsbrucki Egyetem laboratóriumában, összecsatolódott foton párral továbbították egy kvantumrendszernek, magának a fotonnak az állapotát. 2002-ben az Ausztrál Nemzeti Laboratórium kutatói fénynyalábot „tüntettek el”, majd a nyaláb másutt jelent meg. Az ausztráliai kísérletben már nem egyetlen foton párral, hanem valódi, fénykvantumok milliárdjaiból álló fénynyalábbal dolgoztak. A következő lépésben atomok teleportálását valósították meg Innsbruckban kalcium, Coloradóban berillium ionokkal. A megtett távolság jóval rövidebb volt egy milliméternél.
A legújabb szenzáció Koppenhágában született meg tavaly, a Niels Bohr intézetben dán és német kutatók két különböző közeg segítségével valósítottak meg kvantum-teleportálást, az egyik, a „mozgó” közeg fény, az álló test pedig billió atom együttese volt. A fény hordozta, az anyag tárolta az információt. Fényimpulzussal továbbították egy makroszkopikus test kvantumállapotairól szóló információt egy másik makroszkopikus testnek, a második test erre felvette az első tulajdonságait, tehát teleportáltak egy testet.
(A cikk először a Medical Tribune hasábjain jelent meg)
Hozzászólások