Suomalaistutkijan huippulöytö: Valtavan energiamäärän hiukkanen

Sähköisen varauksen sijasta hiukkasella on magneettinen varaus.
Annina Huhtala
Tiede 29.1.2014 20:00

Miten tökitään havaitsematonta alkeishiukkasta? Fysiikan tutkijoita yli 80 vuotta sitten vaivannut kysymys on ratkaistu, kiitos nuoren suomalaisen kvanttifyysikon Mikko Möttösen ja hänen tutkimusryhmänsä.

Magneettinen monopoli on 80 vuotta sitten ennustettu hiukkanen, jota on yritetty kaivaa kuukivistä ja ikivanhoista mineraaleista. Cernin miljardien eurojen hiukkaskiihdytinkin on valjastettu etsintään, turhaan.

Espoon Otaniemessä työskentelevä Möttönen on onnistunut nyt mahdottomassa.

 

”Kaikista hienointa on se, kun oivaltaa jotain, ja se käytännössä menee juuri niin kun on ajatellut”, kvanttifyysikko ja tekniikan tohtori Mikko Möttönen riemuitsee.

Magneettinen monopoli on hiukkanen kuten perusfysiikasta tuttu elektronikin, mutta sähköisen varauksen sijaan sillä on magneettinen varaus.

Nykyiset laitteemme siirtävät energiaa sähkövirralla. Energiaa kuluu siis sähkövirran ylläpitämiseen. Esimerkiksi fuusiovoimalan magneettikentän ylläpitäminen kuluttaa lähes yhtä paljon energiaa kuin mitä voimala tuottaa.

Magneettisen hiukkasen kenttää ei tarvitse ylläpitää, sillä se tuottaa sitä vain paikallaan möllöttämällä.

Möttösen ja kumppanien löydöstä pidetäänkin yhtä vallankumouksellisena kuin elektronin löytymistä 120 vuotta sitten, sillä sen avulla voitaisiin tehdä nykyistä huomattavasti tehokkaampia laitteita.

Laskelmien mukaan yhden järjettömän pienen magneettisen monopolin energiavaraus on niin suuri, että jos sillä ladattaisiin sähköauton akkua, auto kulkisi kilometrejä.

Magneettisen monopolin valtavasta energiamäärästä kertoo myös se, että negatiivisesti ja positiivisesti varatun monopolin törmäyksessä vapautuva energia olisi yhtä suuri kuin energia, joka vapautuu, kun kilo dynamiittia räjähtää.

 

Kuusi vuotta sitten Möttönen keksi lähteä metsästämään magneettista monopolia keinotekoisesti äärimmäisen kylmästä atomikaasusta, Bosen–Einsteinin-kondensaatista. Se on aineen viides olomuoto kiinteän, nestemäisen, kaasumaisen ja plasman jälkeen.

Möttösen laskema malli todennettiin kokeellisesti ja kuvattiin Amherstin yliopistossa Massachusetsissa, Yhdysvalloissa, vihdoin viime keväänä. Tuloksista kerrotaan ensimmäistä kertaa tänään.

Nyt luotu synteettinen magneettinen monopoli on keinotekoinen malli ja matkaa on vielä siihen, että vastaavia hiukkasia löydetään luonnosta. Möttönen ja Atlantin toisella puolella käytännön koeryhmää vetänyt kollega David Hall ovat kuitenkin toiveikkaita.

”Nyt suurimmat kokeelliset haasteet on ratkaistu ja suunta on selvä. Laittaisin kyllä rahani sen puolesta, että tästä tutkimus etenee harppauksin”, Möttönen sanoo ja paljastaa sitten tutkimuksen vaikeimman kohdan.

”Oli ihan mieletön hetki saada Hallilta luvut kokeesta ja nähdä koe omin silmin myös paikan päällä. Suurin onnellisuuden tunne tuli kuitenkin siitä, kun julkaisumme hyväksyttiin. Sen paperin kirjoittaminen oli paljon pahempi homma kuin kokeen mallintaminen”, 33-vuotias kvanttifyysikko kertoo virnistäen.