Az idén októberben megítélt természettudományos Nobel-díjak nyertesei (szám szerint kilencen!) a lehető legkülönbözőbb területeken járultak hozzá tudásunk fejlődéséhez. Van, aki egészen friss, mások sok évtizeddel ezelőtti felfedezéseikért nyerték el jól megérdemelt jutalmukat. Közülük az idei fizikai Nobel-díjasok munkájának gyümölcsét már most is mindanynyian élvezhetjük - nélkülük nem lenne internet, és nem volnának kedves digitális fényképeink, amiket megmutathatunk egymásnak a világhálón keresztül.
Fény, kábel
A fizikai Nobel-díj fele Charles Kuen Kaót illeti: 1933-ban született Sanghajban, ám a család 1948-ban Hongkongba költözött a közeledő polgárháború és a kommunisták elől. A brit oktatási szisztémában szocializálódott Kao rendesen végigjárta a tudományos szamárlétrát: például amikor 1965-ben PhD-jén dolgozott a londoni egyetemen, már mérnökként tevékenykedett az (utóbb Nortel Networksre átkeresztelt) Standard Telephones And Cables társaságnál. Munkatársával, a brit George Hockhammel úttörő kutatásokat végeztek: az ő fejlesztéseik nyomán váltak a ma általánosan használt optikai szálak a gyakorlatban is tömegesen bevethetővé. Azt már korábban is tudták, hogy a jól szigetelt üvegszálak képesek fényimpulzusokat vezetni, akár hosszú távon is - ennek csupán az a feltétele, hogy a fényimpulzus rendre úgy verődjön vissza az üvegkábelnyalábot védő szigetelés és az üvegszálak találkozásáról, hogy továbbra is az üvegszál belsejében maradjon. (Vagyis teljes visszaverődéssel terjedjen tovább akkor is, ha a kábel közben hajlik - mindez teljesül, ha a mag törésmutatója nagyobb, mint a szigetelésé.)
Amikor Kao megkezdte a maga kísérleteit az üvegszálas kábelekkel, azok még csak húsz méterre tudtak fényinformációt küldeni - jellemző, hogy a hatvanas évek közepén az ilyen fénykábelek csillapítása (azaz a kilométerenkénti jelvesztesége) még több száz, esetenként 1000 decibel volt - ez mára 0,2 decibel kilométerenként, éppen Kao kutatásai nyomán (jeleznénk, hogy a decibel itt teljesítményarányt jelent logaritmikus skálán kifejezve...). A tudós felfedezése abban állt, hogy a törésmutatókkal való meddő játszadozás helyett fontosabb és eredményesebb ügyelni arra, hogy a továbbítást szolgáló üvegkábel különlegesen tiszta legyen - elvégre a szennyeződések minden esetben rontják az átvitel hatékonyságát. Még a gyakorlati próba előtt papíron kiszámolta, hogy efféle különleges, tiszta kábeleken akár sok száz kilométerre is továbbítható az információ úgy, hogy a jelveszteség csupán egészen minimális lesz. A mostani díjazott által még 1966 nyarán publikált számítási eredmények máig meghatározzák az optikai jeltovábbítás gyakorlatát. E számítási eredmények és az ezekben foglalt új elméleti jelveszteségi határ (20 decibel kilométerenként - ennél kisebb hatékonysággal már nem működik a jeltovábbítás) ismeretében Kao és stábja nekilátott olyan új anyagok keresésének, melyek kombinálásával előállítható az ideális optikai kábel. E kutakodások közben végképp meggyőződött arról, hogy a kulcs az üvegszál gyártásához használt szilícium-dioxid tisztaságában rejlik - ehhez képest csak sokadlagos jelentőséggel bír a fényszóródásból fakadó veszteség, noha akkoriban a fizikusok többsége erre koncentrált. Éppen emiatt Kao első kutatási eredményeire csupán legyintett a tudományos közvélemény - hogy azután jó néhány év elteltével kénytelen legyen meghajolni felfedezéseinek nagyszerűsége előtt. Hogy ezek jelentőségét megértsük, tudnunk kell, hogy manapság a világon szinte a teljes telefon- és internetes adatforgalom ilyen optikai szálakból kötegelt kábeleken át zajlik - ezek hálózzák be Földünket, a szárazföldeket s az óceánok mélyét. A jelenleg használt optikai kábelek hossza kb. egymilliárd kilométer, ami úgy 25000-szer érné körbe az Egyenlítőt. Az efféle optikai kábelek fő előnye a rádióhullámokon továbbított információkkal szemben, hogy a nagyobb frekvencia nagyobb jeltovábbítási rátát tesz lehetővé - mostanában akár egyetlen optikai szálon is néhány terabit továbbítható másodpercenként, míg ötven éve az akkori rádióalapú kommunikációval csupán ennek milliomodrészét küldhettük tovább. De a száloptikai kommunikáció ennél kisebb léptékekben is fontos: használják az orvostudományban (először éppen itt próbálták ki még az ötvenes években egy, a gyomor belsejét vizsgáló eszközben), a lézertechnológiában és az egyszer majd beinduló LHC (a hadronütköztető) működése során keletkező információkat is csupán nagy teljesítményű optikai kábeleken vagyunk képesek továbbítani.
Családi képek
Az idei fizikai Nobel-díj maradék két negyedét testvériesen megosztva William S. Boyle és George E. Smith (mindketten amerikaiak - előbbi kanadai származású) kapta a számos, immár köznapi képrögzítő eszközben használt CCD-technológia (Charge-Coupled Device - elterjedt durva fordítással: töltés-csatolt eszköz) kifejlesztéséért. Az alapkutatásokra szintúgy jó régen, még a hatvanas-hetvenes évek fordulóján került sor, ám eredményeik csak az ezredforduló után forradalmasították a laikus közönség rögzített képekhez való viszonyát. A CCD a fényimpulzusokat képes elektromos jelekké alakítani: voltaképpen a képrögzítő (mondjuk egy digitális fényképezőgép vagy kamera) "szeme", amely sokkal érzékenyebb, mint a hagyományos optikai képalkotó berendezések. Épp ezért a segítségével oda is elláthatunk (például a világegyetem vagy az óceán mélyére), ahová korábban nem pillanthattunk be, bár hétköznapokon beérjük néhány elkapott mosollyal vagy keresetlen pillantással is. A két kutató a hatvanas évektől a Bell Laboratoriesban dolgozott a félvezető-technika fejlesztésén (Boyle korábban az első folyamatosan működő rubinlézer megalkotásával szerzett magának megérdemelt hírnevet), amikor szinte véletlenül leltek rá a CCD-re. A két kutató eredetileg egy működő képtelefonon és egy félvezető buborékmemória létrehozásán ügyködött - majd egy szerencsés ötlettől vezérelve összevonták a két kutatást. Elsőként egy úgynevezett töltés-buborék rendszert hoztak létre - mely rendelkezett azzal a képességgel, hogy egy elektromos töltést végig tudott vinni egy félvezető felületén. Időbe telt, mire kiderült, hogy egy ilyen elemet fotoelektromos eszközzel is "fel lehet tölteni", s ezáltal kép hozható létre, pontosabban tárolható a memóriában. Az első, már működő lineáris kódolású, 500 félvezető elemet tartalmazó eszköz 1974-re készült el, s kétdimenziós, 100x100 pixeles kép készítésére volt alkalmas. Egy CCD típusú eszköz lelke manapság is analóg jelek továbbítására alkalmas fém-oxid kondenzátorokból (és hozzájuk kapcsolt töltésléptető elektródákból) áll - az ilyen ún. pixelekből több ezer helyezhető el egy félvezető lapocskán. Egy ilyen CCD-csip képes a látható, az infravörös, esetleg az UV fényt is elektromos impulzussá alakítani, s az általa tárolt információk (töltések) megfelelő külső áramkörök alkalmazásával átvihetők egyik pontból a másikba ("kiolvashatók"), s utólag akár digitalizálhatók, majd ilyen formátumban tárolhatók pl. a számítógépünkön. Efféle félvezető lapkákat azonban nem csak a digitális fényképezőgépekben és videokamerákban használnak: CCD-k szolgálnak az optikai szkennerekben, számos nagy sebességű berendezésben, és széleskörűen használják őket a csillagászatban (fényességmérésre), továbbá az optikai és az UV-spektroszkópiában. Bár minket alapvetően mégis az érdekel, hogyan fest a képen egy szem gyermekünk, esetleg Buksi, Cirmi vagy éppen a házipálinkától leittasult sógor.
A riboszómák titka
Az idei kémiai Nobel-díjasok nem kevésbé jelentős, bár a köznapi gyakorlatban tán nem ily direkt hatással bíró felfedezéseket tettek - munkájuk nyomán immár nagyjából tisztában vagyunk azzal, miként zajlik a sejteken belüli fehérjeszintézis. Az indiai (tamil) származású Venkatraman Ramakrishnan (aki amerikai állampolgár, de Nagy-Britanniában él és dolgozik), az amerikai, Yale Egyetemen alkotó Thomas A. Steitz és az izraeli, a Weizmann Institute of Science-ben dolgozó Ada E. Yonath egymással párhuzamosan kutatta, zömmel és döntően a kilencvenes években a sejtek fehérjegyárait, az úgynevezett riboszómákat. A sejtszintű fehérjeüzem durván úgy néz ki, hogy a sejtmagban lévő DNS kódolt információit úgynevezett hírvivő (messenger-) RNS óriásmolekulák továbbítják a sejtplazmában lévő apró sejtszervecskékhez, a riboszómákhoz. Itt azután az elemi aminosavakból szépen elkészülnek az enzimek, a vázfehérjék, az immunanyagok, a hemoglobin és még sok ezer más fehérje. A három díjazott atomi szintig hatolva kiderítette ennek a mini, mégis gigantikus vegyi kombinátnak a pontos szerkezetét, s azt is, hogyan működik e stratégiai fontosságú üzem. Mindezen kutatások már csak azért is jelentősek, mivel számos baktericid gyógyszer éppen a bacik riboszómáit támadja meg, s a pontos "szabásminta" ismeretében jobban látható, miként kapcsolódhatnak a gyógyszermolekulák a kórokozó szervezetek fehérjegyáraihoz.
A kromoszómák titka
Az idei orvosi és fiziológiai kutatásokért szóló Nobel-díjat Elizabeth H. Blackburn (University of California San Francisco), Carol W. Greider (Johns Hopkins School of Medicine Baltimore) és Jack W. Szostak (Harvard Medical School) kapta, testvériesen megosztva. A három amerikai kutató a hosszú-hosszú DNS-láncból és védő proteinborításból álló, a genetikai információ átörökítésében kulcsfontosságú kromoszómák végződésein található telomérák kutatásával foglalkozott - e speciális szakaszoknak kulcsfontosságuk van abban, hogyan alakul a sejt élettartama. A három kutató működése nyomán tudjuk, hogy miként védik a telomérák a kromoszómavégeket, s nekik köszönhetjük az előállításukért felelős telomeráz enzim felfedezését is. Eredményeik nyomán remélhetőleg mind többet tudunk meg az öregedés senki által nem kívánt, ámde sajnos elkerülhetetlen folyamatáról. Az amúgy lusta telomeráz enzim ráadásul felfokozottan működik a rákos sejtekben, így ennek blokkolása fontos lehet a rákellenes kutatásokban is.
