Kémiai Nobel-díj 1999

(Ezen az oldalon a Népszabadságban magyarul megjelent cikk eredeti kézirata olvasható. A következõ kapcsolatokra kattintva a Nobel Bizottság eredeti sajtóközleményét , a Chemonet-ben Keszei Ernõvel készült interjút a Nobel-díjról , valamint Keszei Ernõ: Nobel-díj femtokémiai kutatásokért: A kémiai kötések felszakadásának és kialakulásának molekuláris eseményei címû, a  Természet Világa 2000. januári számában megjelent cikkét  is elolvashatja.)

    A Népszabadság-cikk kézirata:

    A pasadenai California Institute of Technology (népszerû nevén a "Caltech") a világ legjobbnak tartott mûszaki egyeteme, amelyrõl az a hír járja, hogy professzorként csak azokat alkalmazza, akik várhatóan Nobel-díjat kapnak. Az 1982-ben 36 éves Ahmed Zewail professzor kinevezésével mindenesetre e híreszteléseknek megfelelõen választott a nagynevû egyetem. Amikor e cikk szerzõje az Akadémiai Kiadónál rövidesen megjelenõ "Femtokémia" címû könyv kéziratához gyûjtötte az anyagot, a témakör akkor már egyértelmûen legjelentõsebb kutatócsoportja által írt közlemények olvasás közben arra a meggyõzõdésre jutott, hogy Ahmed Zewail elõbb-utóbb Nobel-díjat fog kapni.

    Amint az a XX. század tízes éveiben bebizonyosodott, az anyag legkisebb részecskéi, a molekulák olyan sokan vannak, hogy pl. 30 gramm vízben (ami kb. egy evõkanálnyi) belõlük 1024 darab van. Ez azt jelenti, hogy a számot a szokásos módon leírva az egyes után 24 db nullát kell írni. Ha pl. 1024 forintból másodpercenként elköltenek egymillió forintot, akkor a világegyetem eddigi kora az összeg felének elköltéséhez sem elég. Ilyen elképesztõen sok molekula természetesen csak akkor fér el az evõkanálnyi térfogatban, ha elegendõen kicsi is. A 10-es években kísérletekkel is igazolták, hogy a molekulák átmérõje valóban csak a milliméter tízmilliomod része. Kémiai reakciók lejátszódásakor - amikor egyik anyagfajta molekulái átalakulnak egy másik anyagfajta molekuláivá - ezek a parányi részecskék egymásnak ütköznek, és megváltozik a szerkezetük. Ezeknek a reakcióknak a valószínû idejét elõször a magyar származású Polányi Mihály és a vele Berlinben együtt dolgozó amerikai Henry Eyring becsülte meg, amikor a harmincas évek elején megalkották az ún. átmeneti állapot elméletet. Eszerint a molekulák találkozása után elõször egy ún. átmeneti komplex alakul ki, majd az elbomlik a kiindulásitól különbözõ molekulákká, amelyeket a reakció termékeinek nevezünk. Az egész folyamat a becslések szerint kb. 10-12 másodperc idõ alatt teljesen végbemegy, ami a másodperc milliomod részének milliomod része. Ilyen rövid idõk mérése a harmincas években elképzelhetetlen volt. (A mai leggyorsabb számítógépek "órajele" ennél ezerszer hosszabb!!) Az idõmérést gyakran távolság mérésére vezetjük vissza, mint pl. az óramutató által megtett útra. Ha rövid idõt akarunk mérni, nagy sebességû mozgás megtett útját kell mérnünk. A leggyorsabban terjedõ fény 10-12 másodperc alatt 0,3 mm utat tesz meg, de ennél ezerszer kisebb távolságot, 0,0003 mm-t is lehet még pontosan mérni. Már csak olyan rövid ideig tartó fényimpulzust kellett elõállítani, amelyik a 0,0003 mm távolság befutásának idejénél nem hosszabb. Ez pedig 10-15 másodperc, azaz egy femtomásodperc. Az impulzuslézerek fejlõdése során ilyen ultrarövid impulzust a 80-as évek közepén sikerült elõállítani.

    Ahmed Zewail ekkor már a Caltech lézerlaboratóriumának vezetõjeként évek óta dolgozott azon, hogy a bonyolult molekulasugár-berendezéseket összekapcsolja az impulzuslézeres mérésekkel. Molekulasugarak és lézersugarak keresztezésekor a molekulákra néhány femtomásodperc ideig ható lézerimpulzussal elindította a kémiai reakciót. Egy mikrométercsavarra szerelt tükör beállításával femtomásodperces lépésekben változtatható késleltetéssel egy ezután érkezõ lézerimpulzussal megszondázta az átalakuló molekulákat. Ezzel a mérési elrendezéssel femtomásodperces felbontással követhette, mi történik a molekulákkal kémiai átalakulás közben. Természetesen a gyakorlatban nem olyan egyszerû a dolog, mint az itt leírt elv. Már az is szinte csodával határos, hogy a két impulzus fényútját olyan pontosan be tudják állítani, hogy azok 0,0003 mm-en belül követik egymást. Ahmed Zewail egyéni érdeme, hogy több év kitartó munkája után 1987-ben elõször sikerült végigkövetnie egy kémiai reakció átmeneti állapotának idõbeli kialakulását és elbomlását. Mérései alapján a jód (I), szén (C) és nitrogénatomokból (N) álló átmeneti állapotú molekula mintegy 200 femtomásodperc alatt bomlott szét.

    Ezt a kezdeti sikert hamarosan sok újabb eredmény is követte, és az 1993-ban Berlinben megtartott elsõ "Femtokémia" konferencián már 60 meghívott elõadás hangzott el a vadonatúj tudomány szerteágazó témáiból. A konferenciát a jövendõ Nobel-díjas Ahmed Zewail elõadásával nyitották meg, majd az 1967. évi kémiai Nobel-díjas Lord Porter adott történeti áttekintést a kémiai idõmérés fejlõdésérõl azóta, hogy Norrish kollégájával közösen felfedezték a femtokémiai méréseknek is alapjául szolgáló villanófény-fotolízis elvét. (A fotolízis fény hatására bekövetkezõ bomlást jelent.) A tudományos közvélemény már ezen a konferencián is egyetértett azzal, hogy Ahmed Zewailnak meghatározó és elévülhetetlen érdemei vannak a femtokémia kifejlesztésében. (Ráadásul a femtokémia nevet is õ találta ki.) A femtokémia eredményei és további lehetõségei új távlatokat nyitnak a kémia szinte minden alkalmazási területén, a környezetvédelemtõl a gyógyszergyártásig.

    Ahmed Zewail (arab nevének kiejtése kb. megfelel a magyar "zuail" olvasatának) 1946-ban Egyiptomban született. Egyetemi diplomáját az Alexandriai Egyetemen, doktori fokozatát 1974-ben az Egyesült Államokbeli Pennsylvaniai Egyetemen szerezte. 1976 óta a California Institute of Technology tanára, 1982 óta professzora. Számos szakmai és állami kitüntetés birtokosa.