Született :
1900 július 24-én
Gyulavári

Elhunyt :
1992 október 4-én
Washington
Fontosabb évfordulói:
1932 Házasságot köt Lázár Ilonával
1934 Megszületik Márta nevû leánya
1945 Elsõ házassága felbomlik
1947 Házasságot köt Herczegh Júliával
1948 Magyarország elhagyása
1948 Megszületik ifjabb Bay Zoltán
1949 Megszületik második leánya, Júlia Lilla.
   
Mikor a lézer bevonult a kisérleti fizikába, õ is érdeklõdéssel fordult feléje.
A fénysebesség mérésének új lehetõségét látta ezen eszközben. S ez lett a méréstan új mérföldköve is.

Publikációiban kitartóan harcolt a fénysebességen alapuló egységes idõ-hosszúság standard bevezetéséért.

Bay maga is megjegyezte, hogy eddigi pályafutása során soha nem ütközött ekkora ellenállásba, mint a standardizálási rendszer.
Föld-Hold radar

 
A kezdet

Magyarország II. világháborúba való belépését követõen a katonai vezetés úgy döntött, hogy a bombatámadások veszteségeinek enyhítése céljából szükségszerû lenne az ellenséges repülõgépeknek mikrohullámú felderítése és helyzetmeghatározása.
Ezzel egy idõben Amerikában is kutatások folytak ebben a témában, de a feltételek között óriási volt a különbség.
Míg magyarországon a háború miatt sem pénz, sem a kutatásokhoz alkalmas hely, laboratórium nem állt rendelkezésre a kísérletek számára, addig Amerikában 118 millió dollár volt elkülönítve ugyanezen cél elérésére.

A Honvédelmi Minisztérium ösztönzésére a Egyesült Izzó Bay-ék rendelkezésére bocsájtotta kutatólaboratóriumát a mikrohullámú kísérletek kiteljesítésére. Ezzel a lépéssel és némi pénzzel is támogatva, a kísérletek folytatódtak a legnagyobb titoktartás mellett.

A kutatásokban részt vevõ úgynevezett Bay-csoport 10 akadémikus- kutatóból, és körülbelül 30 elektronikus mûszerészbõl állt.
A csoportba bekerült még a mûegyetemi Atomfizika Tanszék két tanérsegéde, Papp György, Simonyi Károly, s két mérnök Winter Ernõ (a mikrohullámú csövek kifejlesztése) és Dallos György (a mikrohullámú vevõkörökben volt járatos).

Elõször is a mikrohullámú rezgésgerjesztés ügyében kellett dönteni. Mivel nem volt elég pénz, így meg kellett elégedniük a kb. félméteres hullámokkal, szemben az USA-ban "használt" centi- és deciméteres nagyságrendûekkel. Winter Ernõ és Budencsevits Andor a félméteres hullámok keltésére létrehoztak egy triódás adócsövet (EC 102), mely 50-60 centiméteren 2 watt nagyfrekvenciás teljesítményre volt képes. Ez a csõ már alkalmas volt a mikrohullámú híradástechnika alapkísérleteinek elvégzésére. Az adó-vevõ elõször az újpesti üveggyár tornya és a Naszály hegy között hidalt át mintegy 30 km távolságot. A késõbbi terepkísérletekben 50-100 milliwatt teljesítménnyel 100 kilométeres hatótávolságig jutottak el. Ezzel a Bay-csoport munkája a távbeszélés kísérletezésében lezárult.

A rádióhullámok visszaverodése révén véghezvitt távolságmérés elve már az 1920-as évek óta ismeretes volt az ionoszféra-kutatásban.
Kétféle elvet alkalmaztak:

Impulzus-módszer (Breit és Tuve, 1926 ):
T idõközökben ismételve t idõtartamú impulzusokat küldünk ki.
Ha a visszavert impulzusok t idõkéséssel érkeznek vissza, akkor a visszaverõdés távolsága s=(1/2)*c*t, ahol c a rádióhullámok (fény) terjedési sebessége.

A frekvencia-moduláció módszere (Appleton és Barnett, 1925):
Az adás frekvenciáját T idõközökig tartó, dv/dt=const sebességgel fûrészfogszerûen moduláljuk.
Ha a visszavert hullám t idõkéséssel érkezik, a kimenõ frekvenciához képest t dv/dt lebegést mutat, melynek megmérésével t, tehát s meghatározható.

A visszavert jelek észlelése az ionoszféra-kutatásban viszonylag könnyû feladat a rétegek nagy kiterjedése és nagy visszaverõ képessége folytán.
A kis látószögû repülõgépek felderítésében a visszavert energia kicsiny, így nehezebb bemérni õket. Dallos György továbbfejlesztette a triódás csöveket, és egy közbensõ adócsõ- típust (EC 103) épített 1-2 kilowatt csúcsteljesítménnyel. Így félévvel a munka elkezdése után már észlelhették az elsõ radar-jeleket. (A rádiólokátor mai elnevezése: radar, ami a Radio Detection and Ranging rövidítése.)

1943 folyamán további fejlesztések is történtek:

- adókészülék a mikrohullámú rezgõkörökkel (Szepesi Zoltán)
- impulzusgenerátor (Papp György, Sólyi Antal, Magó Kálmán)
- adócsõ és a keverõ diódák (Winter Erno, Budencsevits Andor)
- vevõkészülék (Dallos György)
- katódsugárcsõ áramkörei (Papp György, Magó Kálmán)
- parabolikus reflektor és az iránymérés (Simonyi Károly)

Mivel a fejlesztések ennyire elõrehaladottak voltak, így 1944 elején szóba kerülhetett egy mikrohullámú radar-típus gyakorlati kialakítása.
 

Föld-Hold radar

 
1944 márciusának elején Bay Zoltán, Papp György és Simonyi Károly hozzákezdenek a részletes Holdradar-számításoknak.
Viszont a Hold túl messze van, kb 400 ezer km-re, ami kb. 10-nek a 15-16.-ik hatványával csökkenti az esélyeket a földi radarhoz képest.
Viszont nem adták fel a tervet, és mivel úgysem pontos távolságméréseket akarnak végezni, így viszonylag hosszú impulzusokkal dolgozhattak, ami az adótól ráadásul kisebb csúcsteljesítményt kíván.
De felvetõdött két kérdés, melyeket a kísérletek révén akartak megválaszolni:

1. kijutnak-e a mikrohullámok a világûrbe?
2. mekkora a Hold visszaverõ képessége (r) mikrohullámokon?

Feltételezték egyrészt, hogy r=1/10, ami a földfelület visszaverõ képességének nagyságrendje, másrészt azt, hogy az 1 méter körüli mikrohullámok az ionoszféra-rétegeken és a Föld-Hold közötti tér kicsiny plazmasûrûségén akadálytalanul haladnak át, harmadrészt pedig azt, hogy a Holdról visszavert energia a térben egyenletesen szóródik szét.

A rendelkezésre álló adási energiát és parabola-reflektort figyelembe véve a számítások azt jósolták, hogy mérhetõ jel/zaj viszony kapható, ha az impulzus idõtartama 0.05 sec és a vevõ sávszélessége 20 Hz. Különbözõ nehézségeket áthidalva végül a Holdradar jel/zaj viszonya kb. 1/10-re volt várható. De még mindig egy nagyságrenddel maradtak el a céltól. Ekkor jött az ötlet Baytól, hogy a jeleket összegezni és ismételni kéne, ami végül is meghozta a sikert.

A Holdnál az oda-vissza futás ideje 2.5 másodperc, tehát ha 3 másodpercenként 1 jelet küldünk ki és a visszavert jeleket összegezni akarjuk, akkor 100 jel esetén a jeleket 5 percig, 1000 jel esetén pedig 50 percig kell megõrizni. Ha a jeleket 50 percig veszteség nélkül akarjuk megõrizni és összegezni, akkor az összegzõ szerv idõállandója több órás kell legyen. Sajnos abban az idõben még nem rendelkezett az elektronika ezen feladat megoldására alkalmas memória-mûszerekkel. Végül is a csoport a hidrogén voltaméter mellett döntött, melyben az áram hatására kivált hidrogéngáz vékony kapillárisban a folyadék-meniszkuszt az áramintegrállal arányosan tolja el.

A további terv: Egymás után össze kell kötni 10 voltamétert a vevõkészülék kimenõ fokozatával, az adóimpulzussal szinkronizált idõrendben.
A 10 voltaméter közös anóddal egy üvegedényben van összeépítve, s az adás és vétel kapcsolásait egy forgó kapcsoló végzi. A kapcsoló forgásideje 3 másodperc.

Így mindegyik voltaméter az adóimpulzus után meghatározott idõpontban kerül bekapcsolásra. Az idõskála így definiálva van. A jel, mely a Holdról visszajön, mindig ugyanarra a voltaméterre esik, s ott összegezést nyer. Ugyanabban a voltaméterben a zaj (áramingadozás) pozitív és negatív elõjelû, tehát statisztikusan átlagolódik. A többi voltaméter csupán a zajt észleli, így a kísérlet zéró-vonalát adja, melynek statisztikus ingadozása a kísérlet zajának mértéke.

A valószínûségszámitás szerint N impulzus vétele esetén a zaj sqrt(N)-szeresen növekszik. A jel ezzel szemben lineárisan nõ, azaz N- szeres lesz. Így N kísérlet összegeként a jel/zaj viszonya sqrt(N)-szeresen javul.
Tehát 1000 impulzus észlelése közben (50 percig tartó kísérlet) a vevõkészülék eredeti, egy tized jel/zaj viszonya 30-szorosan javul, azaz a jel mérhetõ módon a zavarnívó fölé emelkedik. A jel összegzésének és a zaj relatív csökkentésének ezen módszere ma már általános a radarcsillagászatban.

Az elvek tisztázása után hozzákezdtek a voltaméter-kísérletekhez Budincsevits Andor tervei alapján. Ugyancsak õ tervezte meg a forgó kapcsolót is.

A nógrádi kísérletek

Mivel a háború, a német megszállás az országra bombatámadásokat hozott, ezért a Honvédelmi Minisztérium 1944 júniusában a Bay-csoportot Nógrádverõcén egy panzióban szállásolta el, melynek kertjében felállították az ágyútalpra szerelt reflektort.

A nyár folyamán jól haladt az adó és vevõ készülékek kifinomítása és a földi radarhoz szükséges katódsugár-körök kifejlesztése. Így augusztus végén, szeptember elején néhány aktuális, Hold felé irányított adást próbálhattak ki a fizikusok. Ezek sikertelenek maradtak, mivel az összes készülék nem volt képes 50 percig zavartalanul dolgozni. Elég volt ha csak az egyik nem mûködött jól, a kísérlet máris elakadt, és persze az is baj volt, hogy nem volt kielégítõ az áramszolgáltatás.

Szeptember végén a hadvezetõség visszarendelte a laboratóriumot Újpestre. A nyilas uralom miatt pedig már komoly munkát sem lehetett végezni.

Az újabb Holdvisszhang-próbálkozások

A bombázások megszûntével a csoport tagjai visszaszállingóztak, s 1945 februárjának végén újrakezdhették a holdradar felállítását. De hamarosan az Egyesült Izzó leszerelésre került, és így a kísérlet eszközei is elvesztek.

1945 nyarán hozzákezdtek egy új radarkészülék tervezéséhez.
A félméteres hullámhosszon dolgozó berendezés tervét el kellett vetniük, mert sem a mikrohullámú csövek, sem a parabola-reflektorok nem álltak többé rendelkezésükre. Sikerült szerezni egy hadi felderítésre szolgáló radart, mely 2.5 méteres hullámhosszon dolgozott. Ez viszont 25-szörös veszteséget jelentett 5-szörösen nagyobb hullámhossza miatt. De ezt a veszteséget részben ki lehetett egyenlíteni nagyobb antennafelület alkalmazásával. E kis korrekcióval már úgy vélték, sikerülni fog a kísérlet.

A sikeres kísérletek

Készítettek egy 6x8 cm2 kiterjedésû vaskeretet, mely masszív forgó állványon van elhelyezve, úgy, hogy magassági szöge is változtatható.
A kereten 36 dipólantenna foglalt helyet. A radart a Kutató Laboratórium tetején, a mûszereket pedig a labor 2. emeletén a radar alatti két szobában helyezték el. Az egyik szobában elektromosan árnyékolt ketrecben tartották a berendezés legérzékenyebb részét: a vevõ végerõsitõ fokozatait és a voltamétereket a forgó kapcsolóval.
 

Föld-Hold radar vázlati rajza
Az adóimpulzus idõtartama a forgó kapcsoló által szabályozva 0.06 sec, a csúcsteljesitmény 3-4 kW volt. Az impulzus 3 másodpercenként ismétlõdött. Az idõskálát a váltóáram 50 periódusára alapított szinkron motor adta.
A vevõ nagyfrekvenciás részének sávszélessége 200 kHz, mely elegendõ nagy, hogy az adó frekvenciaingadozásait átfogja. A detektálás utáni körök effektív sávszélessége kb. 20 Hz, ami elegendõ ahhoz, hogy az adóimpulzus Fourier-sprektrumait átfogja.

A forgó kapcsoló vezérelte az adóimpulzusok kibocsátását, utána az egyes voltamétereknek sorrendben a vevõ kimenõ fokozatára kapcsolását. Emellett a forgó kapcsoló immunizálta a vevõt arra az idõre, míg a nagy adási energia feszültségi hullámokat nem hoz létre a környezetben, melyek az egyes körök munkapontjait nem kívánt hosszú idõre elláthatnák. A forgó kapcsoló ezt a mûveletet külön beépített szegmensekkel és mágneses relékkel végezte.

A berendezés 1945 december végére összeállt, s a kísérletek megindulhattak. Közben a kutatócsoport lelkes fiatalokkal bõvült, s visszatért Simonyi Károly is a hadifogságból. A kísérletek fõleg éjszaka folytak, mert az Elektromos Izzó napközben elektromosan bezavart.
Az antenna irányát állandóan korrigálták, a szabadsághegyi Csillagda adatai alapján számították ki a Hold égi koordinátáit. Minden kísérlet 30-50 percig tartott, melyet egy vakpróba egészített ki. Ez azt jelentette, hogy nem a Hold felé irányították a radart. A kísérleteket Papp György, Simonyi Károly vezetésével Pócza Jenõ, Bodó Zalán, Csiki Jenõ, Tary László, Takács Lajos, Horváth Tibor és Bay Zoltán végezték. Sok kísérlet fulladt kudarcba amiatt, mert nehéz volt a berendezés különálló részeinek zavartalan együttmûködését biztositani.
 

Föld-Hold radar teszt
Január vége felé egyre bíztatóbb kísérletsorozatokat kaptak, s végül február 6-án jutottak el odáig, hogy a jelösszegzés a jelet a zavarnívó fölé emelte.

A vakkísérletek mellett Papp György egy ellenõrzõ eljárást is kidolgozott, melyet mûholdnak nevezett. Az erõsítõ végfokozatára ismert, a zaj egységeiben kalibrált jelet vitt rá, mely egy kiválasztott voltaméterre került. A jel az összegzés után úgy jelentkezett, mint egy Holdról visszavert jel. Ilyen mérések azt mutatták, hogy a Holdról visszajövõ jel (összegzés nélkül) az erõsítõ zajának kb. egytizede, ami megfelelt a várakozásoknak.

A kísérleteket 1946 tavaszán többször megismételve arra a következtetésekre jutottak, hogy:

- a 2.5 méter hullámhosszú jelek kijutnak a világûrbe

- a Hold reflektáló (visszaverõ) képessége r=1/10 nagyságrendben van.

Néhány héttel azelõtt, hogy a kísérlet sikerét biztosra vették volna, egy hír látott napvilágot. 1946. január 10-én John H. DeWitt amerikai ezredes vezetésével sikeres holdradar-kísérletet hajtottak végre New Jerseyben.
A kísérlet részletes ismertetését idehaza is olvashatták Bay Zoltánék, és rá kellett jönniük, hogy bizony az õ berendezéseik kicsit el vannak maradva az amerikaiakétól. Nem elég, hogy sokkal bonyolultabb és kifejlettebb volt, de még a Hold-Föld relatív mozgásából származó Doppler-effektust is ki tudta egyenlíteni, és egyben biztosítani tudta a frekvencia állandóságát.

A Bay-csoport 1946. február 6-án 2,5 méteres hullámhosszon radar-visszhangot fogott fel a Holdról. Még aznap bejelentették Budapesten a sajtónak, hogy Bay Zoltán és csoportja a Tungsram laboratóriumában sikeresen elérte radarjeleivel a Holdat, s a visszavert jelek beérkezését saját készítésû jelösszegzõ készülékével minden kétséget kizáróan igazolta.

A következõ évben Bay Zoltán az USA-ban járva meglátogatta a radarkísérleteket végzõ laboratóriumot. Látva a fejlett, költséges berendezéseket, rájött, ezekkel nem lehet versenyezni s elállt a további kísérletek folytatásától. Annak ellenére, hogy Szentgyörgyi Albert próbálta rábeszélni a folytatásra, hisz tervét a Természettudományi Akadémia is támogatta volna. A terv szerint egy óriási antennafelületet lehetne nyerni, ha a földbe üreget ásunk és a gödör felületét fémhálóval vagy fémlemezzel burkoljuk. Ma már kivitelezték ezt az ötletet, a világ legnagyobb mikrohullámú reflektora, a 300 méteres Arecibo-tányér Puerto Ricoban található.

A radarcsillagászat

Bár sem a Bay-csoport, sem az amerikaiak nem folytatták a Földrõl kívülre irányuló radar-kísérleteket, de ezen kísérletek hatására óriási fejlõdésnek indult egy új ág a csillagászatban, a radarcsillagászat. Nagy csillagászati radarberendezések épültek a világ több országában