Nature Physics –lehdessä julkaistussa kommenttisarjassa kylmäfysiikkaa
Kylmälaboratorion vanhemman tutkijan Juha Tuoriniemen kirjoitus "Physics at its coolest" julkaistiin alkuvuodesta osana Nature Physics –lehden uutta Measure for Measure –kolumnisarjaa.
Sarjan neljässä kirjoituksessa pohditaan fysikaalisten mittausten kehittymistä ja uusien löydösten merkitystä fysiikan ilmiöissä aina lämpöopista SI-järjestelmän uudistamiseen sekä kylmäfysiikasta plasmafysiikkaan.
Kylmäfysiikkaa käsittelevässä kirjoituksessaan Tuoriniemi kirjaa tutkimuksen kehittymistä sekä pohtii miksi aina vain matalammat lämpötilat kiinnostavat tutkijoita. Tärkeitä kylmäfysiikan tutkimuksen löydöksiä ovat olleet kvanttimateria, suprajuoksevuus ja suprajohtavuus, jotka ilmenevät vain erittäin matalissa lämpötilaoissa.
−Hyvin matalissa lämpötiloissa atomit käyttäytyvät eri tavoin, ja järjestys systeemissä kasvaa vähentäen mittauksia haittaavaa lämpökohinaa. Tämä ilmiö mahdollistaa erittäin tarkkojen mittausten tekemisen, kertoo Juha Tuoriniemi.
Tärkeä käännekohta oli heliumin nesteyttäminen 1900-luvun alussa. Tuolloin ei vielä ymmärretty kvanttimekaniikan pelisääntöjä, mutta vähitellen aiemmin tuntemattomat lainalaisuudet ovat auenneet. Meni lähes neljäkymmentä vuotta ennen kuin täysin oivallettiin heliumin kvanttiominaisuudet, ja jäähdytystekniikassa tätä päästiin toden teolla hyödyntämään, kun kahta eri heliumtyyppiä, 3He ja 4He, sekoitettiin sopivassa suhteessa.
Eräs merkittävä tutkimusalue on atomaariset kvanttikaasut, ns. kondensaatit, joilla tavoitellaan uudenlaista järjestystä hyvin lähellä absoluuttista nollapistettä. Kun kvanttikaasua kontrolloidaan ulkoisilla magneettikentillä laserjäähdytystä käyttäen, päästään todella mataliin lämpötiloihin. Absoluuttinen nollapiste on −273,15 Celsius asteessa, eli tasan 0 Kelviniä, mutta sitähän on sekä teoriassa että käytännössä mahdoton saavuttaa.
Aalto-yliopiston kylmälaboratorion tutkijat tekevät edelleen perustutkimusta kylmäfysiikassa. Moni yliopisto on luopunut tästä, koska kryostaatteja eli jäähdyttimiä saa nykyisin ostotavarana. Näitä tarjoaa esimerkiksi Kylmälaboratorion tutkimuksen pohjalta vuonna 2007 perustettu suomalainen yritys BlueFors Cryogenics Ltd. Se on saavuttanut merkittävän markkinaosuuden maailmalla myydyistä kryostaateista.
Kylmälaboratoriolla on edelleen kiinteiden aineiden kylmyysennätys, joka on 100 pikokelviniä eli 0,000 000 000 1 K vuodelta 1999. Tutkijoiden rakentama kryostaatti, jolla ennätys tehtiin, on edelleen käytössä, ja tällä hetkellä se palvelee tiiviin kvanttiaineen tutkimusta. Kvanttikaasujen kylmyysennätys, 50 picokelviniä, on MIT:n nimissä ja se on vuodelta 2010.
Lisätietoa
Juha Tuoriniemi
juha.tuoriniemi@aalto.fi
tel:+358503442846
Teknillisen fysiikan laitos
Kylmälaboratorio
Lue lisää uutisia
Äänesi paljastaa enemmän kuin uskot – tutkijat kehittävät keinoja suojata puheeseen kätkeytyvää tietoa
Puheteknologiat yleistyvät vauhdilla, ja samalla kasvaa riski siitä, että ääni paljastaa arkaluonteista tietoa terveydestä, taustoista tai mielipiteistä. Aalto-yliopiston tutkijat kehittävät keinoja mitata ja rajoittaa sitä, mitä kaikkea puheesta voidaan päätellä.
Aallon vuosi 2025: Kvanttihyppyjä, luovia loikkia ja ratkaisuja parempaan elämään
Kasvua, teknologiaa ja teollisuuden uudistumista, ihmislähtöisiä ratkaisuja, terveys ja arjen hyvinvointi sekä hauskaa arkea ja toimivia yhteisöjä.
Miljoonarahoitus uuden sukupolven koneteknologian kehittämiseen – tavoitteena tuottavuusloikka useilla vientialoilla
BEST-hankkeessa kehitetään uudenlaisia tiiviste-, laakerointi- ja vaimennusteknologioita useiden teollisuudenalojen käyttöön.