Magyarország egyik legfontosabb titkos, föld alatti kutatólaborjában jártunk

Budapest nem szűkölködik az izgalmas földalatti létesítményekben. Lezárt, hidegháborús bunkerek, polgári védelmi óvóhelyek akadnak szép számmal a fővárosban, igaz, ezekbe nem mindig jut le mindig az átlagember. Szabadon látogatható viszont a múzeummá alakított Sziklakórház járatai, és alkalmanként a kőbányai pincerendszerben is részt lehet venni vezetett túrákon. Valószínűleg kevesen tudják, hogy a budai hegyekben, a Normafától nem messze is van egy érdekes objektum:

a Jánossy Földalatti Kutatólaboratórium.

Ez röviden a Jánossy-akna. A létesítmény azonban szigorúan őrzött területen, a Központi Fizikai Kutatóintézet (KFKI) csillebérci telephelyén, a 10 megawattos Budapest Kutatóreaktor szomszédságában bújik meg. 

Bár a szemünket nem kötötték be, de a külső felvételek készítését így is megtiltották, amikor bekéredzkedtünk egy bejárás erejéig. 

A Wigner Fizikai Kutatóközpont három kutatója kísért el a föld alá épített tudományos különlegességhez, tőlük tudtunk meg mindent a speciális objektumról:

• Barnaföldi Gergely Gábor, a Részecske és Magfizikai Intézet Nehézion-fizikai Kutatócsoport vezetője,
• Fenyvesi Edit, a Részecske és Magfizikai Intézet Elméleti Fizika Osztály tudományos munkatársa, a Nehézion-fizikai Kutatócsoport fizikusa, a Jánossy Lajos Földalatti Laboratórium vezetője
• Ván Péter, a Részecske és Magfizikai Intézet Elméleti Fizikai Osztály tudományos tanácsadója, a Részecske és Magfizikai Intézet tudományos igazgatóhelyettese.

Csillebérc magas kerítéssel körbevett, kamerákkal megfigyelt erdős-bozótos területén, a Wigner Fizikai Kutatóközpont központi épületétől körülbelül 10 perc sétára van az akna lejárata, aminek fehérre meszelt kupolája leginkább egy ágyúlövedékre hasonlít. A hűvös aknába egy nehéz légvédelmi ajtón át lehet belépni, bent pedig csigalépcsőn vagy egy kis háromszemélyes liften lehet a szintek közt mozogni – és szabadon fényképezni, mint az a fentebb látható képgalériánkból is kiderül.

Ki volt az akna névadója?

Jánossy Lajos a magyar fizika meghatározó alakja volt, aki nemzetközi szinten a kozmikus müonok és más kozmikus nagy energiájú részecskéknek a mérésével lett világhírű. Később még egy másik területen is nemzetközi hírre tett szert: az egyfotonos interferencia kísérleteivel, amiket itt, ugyanebben a laboratóriumban végzett.

Jánossy a negyvenes-ötvenes években az Egyesült Királyságban kutatott neves külföldi fizikusokkal együttműködve, amikor itthon fölmerült, hogy legyen Magyarországon is egy nukleáris, tehát magfizikai kutatóintézet. Ez volt a csillebérci Központi Fizikai Kutatóintézet ötlete, amivel párhuzamosan adódott a kérdés, hogy ki lehetne ennek az intézetnek a vezetője.

„Néztek jobbra, néztek balra, és Jánossy Lajosnál alkalmasabb embert nem lehetett volna találni, csak hát ő a gonosz kapitalistáknál van, Manchesterben, ami akkoriban az egyik legjobb hely volt a fizikusok számára” – mesélte Barnaföldi Gergely Gábor. Jánossy Lajos később Dublinban kutatott a Nobel-díjas, Max Planck-érmes Erwin Schrödinger, a kvantummechanika egyik atyja mellett, amikor a felkérés érkezett, hogy egy rendes elvtársnak itthon a helye, haza kellene jönni. Jánossy erre a visszautasíthatatlan ajánlatra azt válaszolta, hogy jó-jó, de Dublinban ő a kozmikus sugárzás részleg vezetője és ott vannak a legjobb laborok, és minden olyan eszköz, amivel a kutatásait tudja végezni.

A legenda szerint azt mondták neki: nem baj, építünk neked akkora tornyot, amivel a kozmikus részecskéket tudod méricskélni, minél közelebb az éghez. Erre már Jánossy beadta a derekát, a magyar fizikatörténet íratlan mitológiája szerint egy feltétellel: ne fölfelé, hanem lefelé építsék a tornyot, mert ezekhez a kutatásokhoz egy mély akna kell.

Hogy pontosan így zajlott-e az alkudozás az ötvenes-hatvanas évek fordulóján az épp Dublinban kutató Jánossy és a Rákosi-korszak politikai vezetői közt, arra nem érdemes mérget venni, egy azonban tény: ahhoz, hogy nagy energiájú kozmikus részecskéket tudjon detektálni az ember, érdemes mélyen a föld alá menni – így született döntés a csillebérci létesítményről.

Az akna, ami olyan, mint egy rakétasiló

Az a részecskefizikai kutató komplexum, amit ma Jánossy Lajos Földalatti Laboratóriumnak nevezünk, és a Vesztergombi Nagyenergiás Fizikai Laboratórium része, az ötvenes években készült el.

A központi akna, ami harminc (30) méterre nyúlik lefelé Csillebérc mélyére, olyan, mint egy rakétasiló. Mondhatni nem gondolták túl a dolgot a Magyar Néphadseregnél, ahol a tervezés és építés oroszlánrészét végezték. 

„A 30 méter mély, hat méter átmérőjű, 40 centis falvastagságú vasbeton henger, aminek három földalatti szintje van: mínusz 10 méteren egy 20 négyzetméteres, mínusz 20 méteren két 20 négyzetméteres, mínusz 30 méteren két 20 és egy 50 négyzetméteres táróval” – sorolta Barnaföldi Gergely Gábor a legfontosabb adatokat. A labor földalatti tárórendszere tehát 150 négyzetméter hasznos alapterülettel bír, a tárók elrendezésének érdekessége, hogy van köztük olyan, ami egymás alatt található, míg vannak, amelyek szándékosan, egymáshoz képest elforgatva nyílnak a fő aknából. Ennek az elrendezésnek az volt a lényege, hogy különböző mélységekben, különböző pozíciókban lehetett detektálni a Csillebérc kőzetrétegein átjutó nagy energiájú kozmikus részecskéket, és így be lehetett például azt mérni, hogy milyen irányból érkeztek.

Jánossy többek között a kozmikus részecskéket kutatta a csillebérci aknában. Leghíresebbek azonban a már említett egyfotonos interferencia kísérletei, amelyekhez ideális volt az itt kialakított nagyon finom, nyugodt környezet, eldugva a föld alá, megfelelő műszerezettséggel. A kísérletek a világon először közvetlenül igazolták a fény kettős természetét: egyetlen foton, azaz részecske, interferenciára képes önmagával, azaz hullám is. A laboratórium lehetővé tette, hogy Jánossy Lajos a világ élvonalában maradjon Magyarországra történő visszatérése után is, a KFKI-ban folyó kutatásaival, amiket ő és kollégái egészen a '80-as évek közepéig végeztek itt.

A gombák vették át a hatalmat

„Én a kétezres évek legelején, mint kisdiák kerültem a KFKI-be, és amikor lejöttem ide a Jánossy-aknába, Kelet-Közép Európa egyik legnagyobb gombatenyészetét találtam. A nedvesség behatolt Csillebérc töredezett, dolomitos mészkő konglomerátumának résein, vízben állt, rohadt minden, a gombák pedig imádták mindezt” – emlékezett vissza Barnaföldi Gergely Gábor az első találkozására a Jánossy-aknával.

Az aknát akkor már 15 éve nem használta senki, a padlót bokáig érő talajvíz borította. Sajnos a korabeli, kozmikus részecskéket befogó detektorrendszerek gyakorlatilag az enyészeté lettek, Jánossy eredeti kvantumoptikai kísérleti berendezéseinek is csak pár rozsdás darabja maradt meg. Egyedül a mínusz 10-es szinten lévő masszív optikai kőasztal élte túl az évtizedeket, azt viszont ma is használják mérésekhez.

„Akkoriban kezdődtek a Wigner Fizikai Kutatóközpontban is a müontomográfiás kutatások, és jött az ötlet, hogy építsünk mi is ilyen detektorokat, és akkor lehetne tesztelni azokat az aknában” – mondta Barnaföldi Gergely Gábor. Hogy mire jó egy müontomográfiás berendezés? Egyik fő felhasználási területe a geológiai, földtani kutatások során az ismeretlen föld alatti területek feltérképezése. Az alapelv az, hogy a kozmikus sugárzásnak a java részét a földkéreg elnyeli, csak a nagy energiájú töltött részecskék hatolnak át rajta. Ilyen részecske az elektronnal nagyjából azonos negatív töltésű, de annál kétszázszor nagyobb tömegű müon is. A müondetektor nagyjából úgy működik, mint a 3D-s radar: egy adott területre – mondjuk egy hegyre vagy vulkánra – irányítva, az ott áthaladó müonokat befogva képes kirajzolni a geológiai képződmény szerkezetét, megtalálni benne az üregeket, értékes érceket. De van másfajta felhasználási területe is a müontomográfiának: az elmúlt években például ezzel a módszerrel találtak a gízai nagy piramisban, a Hufuban folyosókat és addig ismeretlen helyiségeket.

Nekiálltunk tehát, és rendbe raktuk a diákokkal. Előbb egy hétig csak takarítottunk, és körülbelül 3-4 konténernyi mocskot szállítottunk el belőle. 

Ezután szépen lassan elkezdték felújítani: mostanra lett modern elektromos hálózat, internet, távfelügyeleti és távvezérlési rendszer, korszerű klíma és szellőzés, kiépültek a kísérletekhez, mérésekhez szükséges gázvezetékek. Van saját szünetmentes tápegysége, akár egy napig is tud működni külső áramforrás nélkül, és rendbe lett rakva a lift, a vészkijárat. Különlegessége okán be is került a TOP50 hazai kutatási infrastruktúra közé, mint a Vesztergombi Nagyenergiás Fizikai Laboratórium része.

Ahogy haladtak, úgy derült ki, hogy érdemes az akna újraélesztésébe pénzt fektetni, hogy van létjogosultsága egy ilyen laboratóriumnak, hiszen, ha nulláról kellene egy ilyet megépíteni az ma már borzasztó összeget emésztene fel. 

Annak idején nyilván sok kiskatona ásta ki és építette meg társadalmi munkában, de ma, versenyszférai környezetben embertelen pénzbe kerülne egy hasonló objektumot létrehozni

– magyarázta Ván Péter.

Mindenféle földalatti laboratóriumok vannak egyébként Európában elszórva, kisebbek, nagyobbak, és nyilvánvalóvá vált, hogy a Jánossy Földalatti Kutatólaboratóriumnak megvan a helye ebben a kutatóhálózatban. A magyar kutatók rendszeresen részt is vesznek olyan workshopokon, ahol összejönnek a világ földalatti laboratóriumainak kutatói, és bemutatják, hogy hol miket érdemes mérni.

Mit lehet a 21. században a föld alatt kutatni?

Vannak olyan fizikai jelenségek, kísérletek, amik elvégzéséhez a környezet annyira zajos – többféle fizikai értelemben –, hogy nem igazán lehet azokat normál laboratóriumban elvégezni. Például magfizikai méréseknél a kozmikus háttérsugárzás elég erős, viszont, ha leviszik azokat a föld alá, legalább egy részét ki lehet szűrni.

A müontomográfiás mérőeszközöket is nagyon jól lehet egy ilyen földalatti laborban tesztelni. Az efféle detektorokat gyakran bányákba, barlangokba viszik, de az nem éppen laboratóriumi környezet: csöpög rájuk a víz, magas a páratartalom, ha rossz helyre rakják, cseppkő nő rá. A Jánossy-aknában viszont állandó 13 Celsius-fok van, normál légköri nyomás, legfeljebb 80 százalékos páratartalom, ideálisak tehát a körülmények.

„Ráadásul a Jánossy-aknának ismert a geológiája, geometriája, nagyon pontosan van dokumentálva, hogy miképp néz ki ez az épületszerkezet, tehát, tudjuk merre milyen a környezete, ezek ismeretében tudjuk például az újonnan épített müondetektorainkat tesztelni” – tette hozzá Ván Péter.

Mi folyik odalent? Nem a víz!

A müondetektorok tesztelése mellett ottjártunkkor négy műszeres mérés zajlott még a Jánossy Földalatti Kutatólaboratóriumban, annak is a mínusz 30 méteres szintjén:

• működött egy szeizmométer, azaz földrengésmérő,
• egy alacsony hátterű nukleáris mérés is folyamatban volt,
• az elméleti gravitációs kutatásokhoz, a gravitációs hullám mérésekhez kapcsolódva modernizáltak, két nagyságrenddel érzékenyebbé tettek és automatizáltak egy igazi ritkaságot, egy eredeti, Süss Nándor-féle Eötvös-ingát, amit két, folyamatos képolvasást lehetővé tevő kamerával szereltek fel, így teljesen kiiktatva az emberi jelenlét befolyásoló hatását,
• és folyamatban volt egy infrahangdetektor tesztelése is.

A gravitációs hullámok detektálására szolgáló nagy európai kutatási berendezés, az Einstein-teleszkóp tervezésének előkészítésében is részt vesznek, ami azt jelenti, hogy a leendő európai helyszínekről döntő bizottság munkáját segítik a Jánossy Földalatti Kutatólaboratóriumban folyó mérések. Mint azt Fenyvesi Edittől megtudtuk, az infrahangdetektor tesztelése ebben játszik kulcsfontosságú szerepet, mivel a debreceni Atomki által kifejlesztett, és a Wignerben mérőhálózatba szervezett műszerekkel nagyon pontos zajméréseket, háttérméréseket lehet végezni.

Az infrahangok azok a 20 herzes frekvencia alatti hanghullámok, amelyeket a fülünk már nem érzékel. Viszont a hangok erőssége az infra tartományban meredeken nő, ami azt jelenti, hogy az ember által nem hallható zajok a legjelentősebbek a környezetünkben. A gond tehát az, hogy miközben az emberi fül ezeket nem érzékeli, a gravitációs hullám detektorokban attól még problémát okoznak, zavarják a működésüket. A leendő Einstein-teleszkóp esetében is elkerülhetetlennek látszik, hogy bizonyos frekvenciatartományban meghatározó zajforrások lesznek az infrahangok, és a föld alatti járatrendszer alakja is befolyásolja, hogy milyen saját rezgések tudnak kialakulni. Ezen a területen rengeteg megválaszolatlan kérdés van, és a magyar fizikusok a Jánossy-aknában folyó infrahangos mérésekkel is aktívan bekapcsolódnak ezekbe a kutatásokba: egyebek mellett azt vizsgálják, hogy az infrahang detektorokat milyen anyagú, milyen szerkezetű borítással érdemes ellátni a szélzaj elleni védelem érdekében. „Az infrahangdetektorokban egy differenciális nyomásmérő szenzor található, és ez mindenféle légnyomásváltozásra reagál, beleértve a szél által okozott változásokat is. Mi viszont csak az infrahangokat szeretnénk megmérni, ezért a detektort el kell látni például porózus ponyvákkal, amik megtörik és csillapítják a szél turbulenciáit, azonban a hanghullámokat áteresztik” – magyarázta Fenyvesi Edit.

Itt érdemes megemlíteni, hogy a magyar fizika legendás műszere, az Eötvös-inga hiába évszázados eszköz, még mindig vannak feltáratlan, kutatásra méltó alkalmazási területei. 

Ilyen például a potenciális földrengés-előrejelzési képesség, aminek lehetősége egy görögországi földrengés után merült fel: fél órával a rengés kipattanása előtt jelzett az inga megnövekedett szeizmikus rezgéseket, amiknek a forrása nem nagyon lehetett más, mint maga a későbbi rengés. 

A felszínen működik az Innovatív Detektorfejlesztő „Lendület” Kutatócsoport detektorfejlesztő és -építő laboratóriuma, ahol nagy energiás kísérletekhez, mint például a svájci CERN-ben működő ALICE és CMS kísérletekhez építenek detektorokat. Itt rakják össze a különböző berendezéseket, az új, nagy detektorokat, a kis mikroszkopikus detektorokat, adatgyűjtő rendszereket. Ha elkészül egy detektor a manufaktúrában, akkor lehozzák ide, tesztelik 1-2 hétig, mérnek vele, szükség esetén szétszedik, átépítik, tehát ez a Wigner Kutatóközpontban zajló kutatás-fejlesztés része.

Ván Péter szerint az efféle földalatti laboratóriumoknak az a varázslata, hogy az embert és a környezeti zajokat, akár a szél zaját, akár egy csomó minden mást, letompít. „Alacsonyabb a kozmikus háttérsugárzás, tehát sokkal finomabb dolgokat lehet megmérni nukleáris mérésekben. És nagyon ritka, hogy ez ennyire laboratórium jellegű. Van Európában néhány ilyen, mint a miénk, de a Jánossy Földalatti Kutatólaboratórium különleges abból a szempontból is, hogy sikerült, mint tudománytörténeti jelentőségű helyszínt is megmenteni, és nem csak hogy megmentettük, hanem ma már több különböző nemzetközi szintű kutatás folyik itt párhuzamosan.”