Emmi Ruokokoski: "Atomikaasuista on moneksi"

Emmi Ruokokoski oli osallisena tutkimuksessa jossa tehtiin ensimmäiset kokeelliset havainnot monopolista synteettisessä magneettikentässä. Havainnon myötä uskotaan, että monopolien, eli yksinapisten magneettien löytäminen oikeasta magneettikentästä on mahdollista. Työryhmän tutkimus on keskeinen osa Ruokokosken tuoretta väitöskirjaa.

Kokeissa monopoli havaittiin kylmässä atomikaasussa­, eli kondensaatissa, joka käyttäytyy täysin eri tavalla kuin kaasut jotka näkyvät arkielämässämme. Lähellä absoluuttista nollalämpötilaa kaasun käytöksen määrää kvanttimekaniikka.

Ruokokoski osallistui tutkimukseen ratkaisemalla numeerisesti kaasun dynamiikkaa käyttäen parametreja, jotka hän sai amerikkalaisessa Amherst Collegessa toimivalta kokeelliselta ryhmältä. Työryhmä loi ja havaitsi pistemäisiä topologisia rakenteita, jotka ovat Diracin monopolin ja 't Hooft–Polyakov-monopolin vastineita.

– Topologiset rakenteet eivät ole helposti muokattavissa rakenteiksi joilla on erilainen topologia. Tästä syystä topologiset rakenteet ovat usein pitkäikäisiä. Esimerkiksi pallolla ja toruksella (donitsilla) on erilainen topologia. Pallosta ei saa donitsia vain venyttelemällä, vaan siihen pitää pistää reikä. Reiän pistäminen tai umpeen kurominen on työlästä ja siksi pallo pysyy pallona eikä donitsi kuro reikäänsä umpeen itsekseen, Ruokokoski kertoo.

Topologisia rakenteita esiintyy hyvin monenlaisissa systeemeissä aina kylmistä supranesteistä auringon plasmaan. Lisäksi eräät yhtenäisteoriat ennustavat että varhaisessa maailmankaikkeudessa syntyi topologisia defektejä, kuten magneettisia monopoleja.

Kondensaatteja voidaan mallintaa lähtien perusteorioista ja niitä voidaan kontrolloida tarkasti ulkoisilla magneettikentillä ja kaupallisilla lasereilla. Lisäksi kaasupilven kehityksestä voidaan ottaa kuvia lasereilla – joissakin tapauksissa jopa videokuvaa.

– Kondensaateista on moneksi! Ne ovat eräänlaisia minilaboratorioita joissa voidaan tutkia hyvinkin erilaisia luonnon ilmiöitä, Ruokokoski sanoo.

Työ ei ole ollut helppoa, ja tulokset ovat vaatineet työryhmältä yhteisiä ponnisteluja.

– Se etteivät asiat aina mene niin kuin olettaa tekee tutkimuksesta mielenkiintoista. Silloin voi löytää jotain ihan uutta tai vähintäänkin oppia uutta, Ruokokoski pohtii.

Magneettisen monopolihiukkasen löytymiseen on vielä matkaa. Nyt saavutettu tulos osoittaa, että kvanttimekaaninen monopolirakenne voi esiintyä luonnossa ja siksi vahvistaa uskoa magneettisen monopolin olemassaoloon.

Ruokokoski on työskennellyt aiheen parissa jo neljä vuotta ja työskentely Perustieteiden korkeakoulussa lähenee loppuaan. Tulevaisuus tuo tulessaan uusia työhaasteita syöpähoitosuunnittelun muodossa.

Väitöstilaisuus:

Emmi Ruokokoski väittelee Ma 29.06.2015, klo 12 Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulun D-salissa, Otakaari 1, Espoo.

Vastaväittäjä professori Hendricus Stoof, Utrecht University, Netherlands

Kustos akateemikko Risto Nieminen, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu, Teknillisen fysiikan laitos

Elektroninen väitöskirja https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/16541

Perustieteiden korkeakoulun väitöskirjat: https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/52