Maailmankaikkeuden salaisuudet löytyvät suuresta sinisestä sylinteristä

Kaksimetrinen, ison puunrungon paksuinen ja sinisen Lego-palikan värinen metallisylinteri ei näytä kovin jännittävältä. Sen sisällä, hyytävässä kylmyydessä ja kovassa paineessa on kuitenkin erityislaatuista heliumia, joka voi auttaa vastaamaan kysymyksistä ehkä vanhimpaan: miten maailmankaikkeus sai alkunsa?

Maapallolla helium-3 on harvinainen, avaruudessa paljon yleisempi. Kun sitä jäähdytetään äärimmäisen matalaan lämpötilaan, alkaa tapahtua oudolta näyttäviä asioita.  Sekoitettuna aine jatkaa pyörimistä loppumattomiin, ja lasiin laitettuna se näyttää uhmaavan luonnonlakeja vuotaessaan lasin läpi.

Maan ilmiöiden näkökulmasta helium-3:n käytös vaikuttaa kummalliselta, mutta Aalto-yliopiston vanhempi tutkija Vladimir Eltsov tietää, että todellisuudessa sillä on paljon yhteistä alkuräjähdyksen jälkeen muodostuneiden alkeishiukkasten kanssa. Helium-3 heijastaa myös tutkijoiden kvanttivakuumiksi kutsumaa tyhjyyden rakennetta.

”Jos tarkastelet donitsia, näet, että siinä on jotakin kierrettyä ja keskellä on reikä. Avaruudessa, tai lasiin laitetussa supranesteessä donitsin muoto – kierto ja reikä – ovat kuitenkin piilossa”, Eltsov selittää.

Helium-3:n avulla tutkijat voivat tarkastella ”donitsia” lähietäisyydeltä, mikä antaa lisätietoa maailmankaikkeuden osien muodostumisesta.

 ”Helium-3 kertoo maailmamme perusteista; miksi maailmankaikkeus on rakentunut niin kuin on”, sanoo Aalto-yliopiston emeritusprofessori Grigori Volovik.

Volovik on kosmologian, suurenergiafysiikan ja tiiviin aineen fysiikan maailmanlaajuinen uranuurtaja. Viimeiset vuosikymmenet hän on tutkinut helium-3:ta etsien selityksiä kaikkein abstrakteimpiin ja hämmentävimpiin käsitteisiin. Volovik uskoo vahvasti, että helium-3:n avulla voidaan selittää monenlaisia ilmiöitä; se tarjoaa vastauksia jopa kysymyksiin, joita muut vielä pitävät avoimina.

Suuri kysymys, yksinkertainen vastaus

Tiedemiehet ovat kiistelleet avaruuden energiatiheydestä eli kosmologisesta vakiosta aina siitä lähtien, kun selvisi, että avaruus laajenee yhä kasvavalla vauhdilla. Teorian mukaan energiatiheys olisi 120 suuruusluokkaa havainnoitua suurempi. Ero on niin suuri, että jotkut ovat jopa kutsuneet sitä tieteen pahimmaksi kömmähdykseksi.

Volovikin tutkimus on osoittanut, että poikkeavuudet täydellisestä tasapainosta aiheuttaisivat nollasta poikkeavan kosmologisen vakion, mikä on linjassa astronomien viimeaikojen havaintojen kanssa.

Entä mitä tapahtuu, kun maailmankaikkeuden synnyn perusteet saadaan selville?

”Haluamme edetä tutkimuksissa. Haluamme tietää, miten tyhjiöenergia, maailmankaikkeus, lähestyy täydellistä tasapainotilaa”, Volovik sanoo.

Teorian mukaan maailmankaikkeus saavuttaa noin 2 biljoonan vuoden kuluttua tilan, jossa energia on tasaisesti jaettu, eikä elämää voi enää olla olemassa. Helium-3 mahdollistaa tämän tutkimisen miniatyyrikoossa, maanpäällisessä mittakaavassa.

Samalla tutkijat keräävät tietoa helium-3:sta saavuttaakseen teknologian edistysaskelia, jotka voivat koskea meitä kaikkia. Uudet topologiset, ”kierto-ja-reikä”-ominaisuuksia hyödyntävät materiaalit voivat mahdollistaa luotettavan kvanttilaskennan tai huoneenlämpötilassa toimivat suprajohteet, jotka ovat tähän asti olleet mahdollisia vain teoriassa.