Uutiset

Peililasin läpi: Kvanttilöytö tarjoaa portin maailmaan, jossa on aineen sijaan antimateriaa

Tutkijat ovat onnistuneet luomaan Liisa ihmemaassa -tarinoiden mukaan nimetyn renkaan, jolla on lähes sadunomaisia ominaisuuksia.
A blue circle representing an Alice ring.
Taiteellinen näkemys Liisan renkaasta, joka on syntynyt kvanttimonopolin hajoamisen seurauksena. Kuva: Aalto-yliopisto/Heikka Valja

Aalto-yliopiston ja Amherst Collegen tutkijat ovat havainneet ilmiön, jossa kvanttimekaaninen monopoli hajoaa rengasmaiseksi pyörteeksi.

"Tämä oli ensimmäinen kerta, kun pystyimme luomaan näitä niin kutsuttuja Liisan renkaita luonnossa. Se on valtava saavutus", professori Mikko Möttönen Aalto-yliopistosta sanoo.

Kuten nimestä voi päätellä, monopolit ovat yksinäinen vastine dipoleille eli kahden navan muodostamalle parille, jonka pohjoisnavalla on positiivinen varaus ja etelänavalla negatiivinen varaus. Monopoli sen sijaan kantaa vain joko positiivista tai negatiivista varausta.

Tutkijat loivat kvanttimonopolin muokkaamalla rubidium-atomeista muodostunutta kaasua magneetittomassa tilassa ja lähellä absoluuttista nollapistettä. Vaadittiin tällaiset ääriolosuhteet, jotta tutkijat pystyivät luomaan ulkoisen magneettikentän avulla pistemäisen monopolin. Kvanttimonopolit ovat luonteeltaan erittäin lyhytikäisiä ja hajoavat pienimmästäkin häiriöstä vain muutaman millisekunnin kuluttua syntymisestään. Tässä epävakaudessa ne hajoavat rengasmaiseksi pyörteeksi eli Liisan renkaaksi, joka tunnetaan englanniksi nimellä ‘Alice ring’.

Tämä oli ensimmäinen kerta, kun pystyimme luomaan näitä niin kutsuttuja Liisan renkaita luonnossa. Se on valtava saavutus.

Professori Mikko Möttönen

Aiemmin vain teoriassa tunnettu ilmiö on saanut nimensä Lewis Carrollin klassikkotarinoista, joissa Liisa seikkailee ensin ihmemaassa ja sitten peilimaailmassa. Renkaan ominaisuudet perustelevat omintakeista nimeä: kun Liisan renkaan keskipisteen läpi kulkee muita monopoleja, niiden varaukset muuttuvat päinvastaisiksi. 

"Maailma saa toisenlaisen muodon, kun kurkistaa renkaan keskipisteen läpi", professori David Hall Amherst Collegesta kuvaa.

"Tästä perspektiivistä kaikki näyttää peilautuvan, ikään kuin rengas olisi portti maailmaan, jossa on aineen sijaan antimateriaa", Möttönen täydentää.

Peilautumisilmiötä ei ole vielä havaittu kokeissa, sillä vasta julkaistussa, osin kokeellisessa ja osin simulaatioihin perustuvassa tutkimuksessa onnistuttiin vasta ensimmäistä kertaa tarkastelemaan monopolin hajoamista Liisan renkaaksi. Renkaiden rakenne kuitenkin edellyttää myös peilautumisilmiön olemassaolon, Möttönen toteaa

"Tämä perustutkimus avaa uusia ovia sen ymmärtämiseen, miten nämä rakenteet toimivat maailmankaikkeudessa", Hall sanoo.

Tulokset julkaistiin arvostetussa Nature Communications -lehdessä 29.8.

Aalto-yliopistossa suoritetut simulaatiot mahdollistettiin CSC – Tieteen tietotekniikan keskuksen sekä Suomen Akatemian kvanttiteknologian huippuyksikön kautta saadulla tuella, ja amerikkalaiset kokeet National Science Foundationin taloudellisella tuella.

Mikko Möttönen

David S. Hall

Professor
Amherst College, USA | Department of Physics and Astronomy
QTF-hero logo

Quantum Technology Finland – The National Centre of Excellence (ulkoinen linkki)

The national Quantum Technology Finland (QTF) Centre of Excellence brings together scientific and technological excellence and cutting-edge research infrastructures to harness quantum phenomena in solid-state-based quantum devices and applications.

InstituteQ. Photo: Jorden Senior.

InstituteQ – kansallinen kvantti-instituutti

Aalto-yliopiston, Helsingin yliopiston ja VTT:n InstituteQ-yhteistyö kokoaa kansallisen kvanttiteknologian tutkimuksen, koulutuksen ja yrityskentän.

Tutkimus ja taide

Quantum Computing and Devices (QCD)

We have a major effort on experimental low-temperature physics, but we also carry out computational and theoretical work down to fundamental quantum mechanics.

Department of Applied Physics
  • Julkaistu:
  • Päivitetty:

Lue lisää uutisia

Aalto Industrial Internet Campus
Yhteistyö, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Tuotannon ja sisälogistiikan fyysinen ja digitaalinen maailma kohtaavat monitieteisessä TwinFlow -projektissa

Aallon ja Tampereen yliopiston tutkijat yhdessä yritysten kanssa vauhdittavat valmistavan teollisuuden datavetoista liiketoimintaa kolmivuotisessa Business Finlandin rahoittamassa projektissa.
Eloi Moliner IWAENC-tapahtumassa.
Palkinnot ja tunnustukset Julkaistu:

Parhaan opiskelija-artikkelin palkinto jälleen Eloi Molinerille

Palkinnon voittanut artikkeli ratkaisee, miten puheäänitteestä poistetaan huonekaiku ohjaamattoman koneoppimisen avulla.
Emma Kemppainen Aallon kampuksella
Yhteistyö, Opinnot Julkaistu:

Emma Kemppinen: Puolijohdeteollisuus tarjoaa paljon mahdollisuuksia sekä teollisuudessa että akateemisella puolella

Emma pääsi kesätöihin tutkimusryhmään puolijohdeteollisuuden yritysten lahjoitusten ansiosta. Kesätyöpaikka vahvisti hänen kiinnostustaan alaa kohtaan.
Pitkä valkoinen kerrostalo kadun varrella.
Mediatiedotteet Julkaistu:

Hallitus asetti uudet tulorajat ara-asuntojen asukkaille – tutkijat selvittivät, kuka saa jatkossa asunnon suurissa kaupungeissa

Aalto-yliopiston kaupunkitaloustieteen uusi tutkimusryhmä AlueAvain selvitti, miten tulorajat muuttavat asukasvalintaa Suomen kuudessa suurimmassa kaupungissa.