Uutiset

Professori Laure Mercier de Lépinay: On tärkeää, että kvanttifyysikon ymmärrys maailmasta on joustava

Fysiikan alan tutkimusläpimurrosta yhdessä tiimin kanssa palkittu Laure Mercier de Lépinay on aloittanut kvanttimateriaalien apulaisprofessorina Aallon teknillisen fysiikan laitoksella.
Laure Mercier de Lepinay, photo by Mikko_Raskinen
Kuva: Mikko Raskinen.

Mitä tutkit ja miksi?

Jatkan tutkimusta optomekaanisten järjestelmien parissa, pyrkien löytämään uusia fysiikan lainalaisuuksia. Tutkimukseni yhdistää mekaanisia värähtelijöitä optisiin, ja lisäksi vuorovaikutuksessa on mukana mikroaaltoja. Mekaaniset värähtelijät ovat vakaita; kestää pitkään, ennen kuin värähtely lakkaa. Tästä syystä ne voivat soveltua hyvin esimerkiksi kvanttitietokoneiden kvanttimuistiksi. Tavoitteeni on jatkaa mekaanisten värähtelijöiden havainnointia kvanttitilassa. Perustutkimuksessa optomekaniikka tarjoaa työkalun tutkia esimerkiksi painovoimakenttää kvanttitilassa olevien massiivisten kappaleiden ympärillä.

Aikaisemmin työskentelin hyvin pienten kappaleiden parissa. Väitöskirjassani tutkin nanolankoja, jotka ovat paitsi pieniä, myös hyvin kevyitä. Niiden halkaisija on joitakin satoja nanometrejä ja pituus millimetrin sadasosia. Ne värähtelevät voimakkaasti, koska ne ovat hyvin kevyitä.

Nykyisin työskentelen suprajohtavien kvanttirumpujen kanssa, joiden halkaisija on millimetrin sadasosia. Ne ovat paljon nanolankoja suurempia ja painavampia kappaleita - jopa 100 000 kertaa painavampia. Kvanttirumpujen värähtely on paljon pienempää, mutta ne voivat vuorovaikuttaa vahvasti mittausjärjestelmän kanssa johtuen isosta pinta-alastaan. Sen vuoksi niiden värähtely on melko helppo havaita.

Miten päädyit professoriksi ja tutkijaksi?

Isäni on geologian ja geofysiikan tutkija, hän tutkii maapallon muodon muuttumista. Luultavasti se ohjasi minua jo lapsuudessa kohti tieteen maailmaa. Minulla oli myös loistavia fysiikan opettajia yliopistolla, mukaan lukien väitöskirjaohjaajani Grenoblessa, Ranskassa. Sanoisin, että ihmiset ympärilläni johdattivat minut tälle polulle. Toki olin myös henkilökohtaisesti kiinnostunut alasta.

Alussa olin kiinnostunut fysiikasta yleisemmällä tasolla. Pidin kuitenkin kvanttifysiikasta, ja kiinnostukseni kasvoi väitöskirjan tekemisen aikana. Ensimmäinen kvanttimekaniikan kurssi oli hämmentävä. Sen tiimoilta heräsi paljon kysymyksiä, ja näkemykseni muuttui kertaheitolla. Sanoisin, että on tärkeää osata ajatella uudella tavalla.

Tulin Grenoblesta Suomeen, ja aloitin täällä tutkijatohtorina vuonna 2018. Sain Suomen Akatemiasta tutkijatohtorin kolmevuotisen rahoituksen kesällä 2021, ja nyt vuodenvaihteessa aloitin kvanttimateriaalien apulaisprofessorina.

Mitkä ovat urasi kohokohtia?

Physics World -lehti palkitsi kvanttirumpututkimuksemme vuoden 2021 fysiikan alan tutkimusläpimurtona, ja se on urani tärkein kohokohta tähän mennessä. Mika A. Sillanpään johtaman tiimin kanssa onnistuimme havainnoimaan lomittumista kahden kvanttirummun välillä. Tiimissä oli vain neljä tutkijaa mukana, ja kaikki osallistuivat tutkimukseen intensiivisesti.

Tutkimus eteni kokeilun ja erehdyksen kautta. Tutkimusnäytteiden tekemiseen puhdastilassa kuluu paljon aikaa, jopa vuodesta kahteen. Mittaukset tehdään kryostaatissa eli superpakastimessa, ja tästä vaiheesta pidän todella paljon, kuten myös tutkimusanalyysista. Mittaukset voivat kestää muutamia kuukausia, ja saatamme tehdä useita kokeita samalla näytteellä.

Aallon fyysikot kumosivat kvanttimekaniikan perusperiaatteen kvanttirummuilla – nyt saavutus palkittiin fysiikan alan tutkimusläpimurtona maailmassa

Mikä on kvanttifyysikon tärkein ominaisuus?

Yleisimmin fyysikot puhuvat Schrödingerin kissasta, kun he pyrkivät kansantajuistamaan kvanttifysiikkaa. Superposition johdosta voidaan ajatella, että ajatuskokeen kissakaan ei ole pysyvästi määritellyssä samassa tilassa – kuollut tai elävä siihen asti, kunnes laatikko avataan.

On tärkeää, että kvanttifyysikon ymmärrys maailmasta on joustava. Kun tutkitaan kvantti-ilmiöitä, ennakkokäsityksiä tulee tarkastella uudelleen tieteellisen näytön valossa. Jotkut asiat, joita olemme pitäneet tosina syntymästämme saakka, voidaankin ymmärtää aivan uudella tavalla.

On tärkeää pystyä kaiken aikaa yllättymään. Jotkut tutkijat ajattelevat, että kokeellinen tutkimus ei olisi tarpeellinen osa uusien ilmiöiden löytämistä, jos niiden olemassaolo on jo onnistuttu ennustamaan teoreettisesti hyvin perusteluin. Mutta pidän tärkeänä, että mittaamme sitä, mitä teoria on ennustanut, ja löydämme samalla uusia fysiikan ilmiöitä.

Viimeisenä, pidän myös tärkeänä, että ohjaaja on kärsivällinen ja kannustava ohjatessaan opiskelijoita. Heistä voi tulla mitä tahansa timantteja ajan saatossa.

Mitä odotat tulevaisuudelta?

Olen erittäin kiinnostunut optomekaniikan sovelluksista. Jatkan työskentelyä mekaanisten värähtelijöiden parissa, ja yritän tehdä voimamittauksia. Yksi tavoitteistani on havainnoida ja mitata Casimir-ilmiö ja siihen liittyviä voimia, jotka syntyvät kahden hyvin lähellä toisiaan olevan kappaleen välille. Nämä voimat ovat edelleen mysteeri modernissa fysiikassa, joskin niitä on pystytty mittaamaan melko tarkasti tavallisten metallisten kappaleiden välillä. Kukaan ei ole vielä onnistunut tekemään mittauksia suprajohtavilla materiaaleilla.

Käytän tutkimuksessa jo olemassa olevaa tutkimusasetelmaa eli kvanttirumpuja. Ne soveltuvat hyvin Casimirin voimien mittaamiseen. Tarkat mittaustulokset voivat antaa lisätietoa heikoista Casimirin voimista, ja samalla tuoda yhteen joitakin eriäviä näkemyksiä Casimir-ilmiötä tutkivassa yhteisössä.

Tiimiini kuuluu toistaiseksi vain minä. Etsin tutkijoita, keiden kanssa voisin tehdä yhteistyötä! Olen myös palkkaamassa työntekijöitä. On kiinnostavaa aloittaa hanke nollasta ja seurata, kuinka se lähtee kasvamaan. Se on samalla kovaa työtä – ja myös palkitsevaa.

Ota yhteyttä (englanniksi):

Laure Mercier de Lepinay

Assistant Professor
Quantum NanoOptomechanics and Forces

Lue lisää kvanttirumpututkimuksesta:

The drumheads exhibit a collective quantum motion. Picture: Juha Juvonen.

Tutkijat onnistuivat kiertämään kvanttimekaniikan kulmakivenä pidetyn epätarkkuusperiaatteen - välineinä kylmät kvanttirummut

Kvanttimekaniikassa tunnetun Heisenbergin epätarkkuusperiaatteen mukaan hiukkasen paikkaa ja nopeutta ei voida tietää samanaikaisesti. Tutkijat osoittavat nyt, kuinka makroskooppisen kokoiset värähtelevät rumpukalvot saadaan kvanttitilaan, jossa epätarkkuusperiaate voidaan kiertää.

Uutiset
  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu

Lue lisää uutisia

Nainen rannalla tuulisella säällä hymyilee, taustalla meri kuohuaa
Nimitykset, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Professori Ranja Hautamäki: ”Monimuotoinen kaupunkiluonto on keskeinen tekijä hyvinvoinnin ja hiilinielujen lisäämiseksi”

Maisema-arkkitehtuurin professori ratkoo ilmastonmuutoksen hillintää ja kaupunkiluonnon hiilinieluja koskevia kysymyksiä.
NASAn Curiosity-mönkijä kuvaama pölypyörre Marsin Gale-kraatterissa. Kuvankäsittely: Henrik Kahanpää. Alkuperäinen kuva: NASA / JPL-Caltech
Tutkimus ja taide, Opinnot Julkaistu:

Marsin sää vaihtelee rajusti, mutta sen ilmasto ei ole muuttumassa

Väitöstutkimuksessaan Henrik Kahanpää myös kyseenalaistaa Marsin pölypyörteisiin liittyvän vallitsevan käsityksen. Tutkijana hän toivoo, että ihminen ei koskaan menisi Marsiin.
A portrait of Laureen Mahler.
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Laureen Mahler luo origamitaitosten avulla biopohjaisia ja myös katseita kestäviä pakkauksia

Monet pakkausteollisuuden tuotteet perustuvat muoviin ja muihin fossiilipohjaisiin materiaaleihin. Aalto-yliopiston Bioinnovaatiokeskuksessa kehitetään origamitaitoksiin perustuvia ekologisia pakkausratkaisuja, joilla on arvoa myös kauniina esineinä.
Venla Kaislo, Iikka Huttu ja Leevi Hormaluoma. Kuva: Filmbutik
Opinnot Julkaistu:

Opiskelija Iikka Huttu: Diplomi-insinöörin opinnot ovat täydellinen yhdistelmä teoriaa ja käytäntöä

Elektroniikan ja sähkötekniikan pääaineessa opiskellut Iikka uskoo, että sähkötekniikalla ratkaistaan monet kestävään kehitykseen ja hyvinvointiin liittyvät ongelmat.