Tarkista selaimen asetuksista, että JavaScript ja evästeet ovat käytössä.

Mikäli JavaScript on käytössä, mutta jokin selainlaajennus estää sen lataamisen, poista selainlaajennus käytöstä.

Aika pilkotaan jo atto­sekunteihin

Kun aikaa pystytään mittaamaan yhä tarkemmin, on mahdollista nähdä vaikka atomin ytimeen.

Tiede
 
Kalevi Rantanen
DAVID PARKER / SCIENCE PHOTO LIBRARY
Kuva havainnollistaa atomin ytimen syntyä fuusiossa. Ajan mittaaminen on tarkentunut niin, että tutkijat voivat katsoa tapahtumia elektronikehillä, mutta eivät vielä ytimessä.
Kuva havainnollistaa atomin ytimen syntyä fuusiossa. Ajan mittaaminen on tarkentunut niin, että tutkijat voivat katsoa tapahtumia elektronikehillä, mutta eivät vielä ytimessä. Kuva: DAVID PARKER / SCIENCE PHOTO LIBRARY
Tästä on kyse

Nopeus lisää tietoa

 Aika pystytään jakamaan entistä pienempiin osiin.

 Välineenä käytetään voimakkaita laserpulsseja.

 Nopeiden pulssien avulla pystytään kuvaamaan hyvin nopeita tapahtumia vaikkapa atomin sisällä.

Tehdään satatuhatta kertaa nykyistä nopeampi tietokone. Tuhotaan syöpäkasvaimia elektronikatapultilla. Saadaan uutta tietoa maapallon sisuksista.

Tätä ja paljon muuta edistävät ajan murskaajat. He tutkivat nopeita ilmiöitä huipputarkoilla kelloilla ja huippunopeilla ”videokameroilla”.

Molemmat hyödyntävät lasertekniikkaa.

”Laserpulssien avulla pystytään tutkimaan tapahtumakulkuja atomeissa” sanoo erikoistutkija Thomas Fordell Mittatekniikan keskuksesta Mikesissä.

”Yksi laserpulssi käynnistää prosessin ja toinen havaitsee sen”, kertoo Fordell havaintotekniikasta.

”Mitä lyhyempiä pulsseja pystytään tuottamaan, sitä lähemmäksi päästään atomin ydintä. Nyt pystytään tutkimaan tapahtumia elektronikuorella.”

Ytimen prosessit ovat suurienergisiä, ja suurienergiset ilmiöt ovat tavallisesti myös nopeita.

Ajanmittauksen tarkentaminen on yksi Mikesin tehtävistä. Keskus rakentaa optista kelloa, jossa tikittää strontium-88-ioni.

Punainen “kellolaser” virittää ionin vain yhdellä taajuudella. Kun viritys havaitaan, tiedetään taajuus. Kun tiedetään taajuus, tiedetään aika.

Yksi sekunti on kulunut, kun laserin kenttä on värähtänyt 444 779 044 095 484,6 kertaa. Värähdyksen pituus eli mitattu ajanjakso on vähän yli 2,2 femtosekuntia. Femtosekunti on sekunnin tuhannesbiljoonasosa.

Nykyiset cesiumkellot mittaavat vain noin yhden kymmenesmiljardisosasekunnin jaksoja.

Mikes tutkii myös, miten saadaan kahdessa paikassa sijaitsevat kellot käymään samaa aikaa.

”Jos tarkkuus on yksi sekunti, ajan siirto on helppoa”, kertoo Fordell. ”Nanosekuntiin ja sen alle pääseminen on jo paljon vaikeampaa, varsinkin jos signaalissa on suuria viiveitä, jotka voivat vaihdella.”

Ajan mittaamisessa, kuten kaikessa mittauksessa, tavoitellaan suurta tarkkuutta, resoluutiota ja täsmällisyyttä eli toistettavuutta.

Tarkkuus tarkoittaa maailmanajan ja kellojen näyttämän ajan eroa. Kehittyneissä maissa aika saadaan nykyään pysymään muutaman nanosekunnin päässä maailmanajasta.

Resoluutio tuo ensimmäiseksi mieleen kuvat ja pituusyksiköt. Se kertoo, miten pienen pisteen kuva pystyy esittämään. Fysikaalisten tapahtumien tutkijat puhuvat aikaa mitatessaan vastaavasti aikaresoluutiosta.

Yhtä tärkeitä kuin nanometrit ovat nanosekunnit ja sitä lyhyemmät ajat: nanosekunnin miljoonasosat eli femtosekunnit, femtosekunnin tuhannesosat eli attosekunnit ja attosekuntien tuhannesosat eli tseptosekunnit.

Laboratorioissa on saavutettu alle sadan attosekunnin resoluutioita. On syntynyt attosekuntifysiikka, nopeisiin prosesseihin keskittynyt tieteenala.

Professori Ferenc Krausz johtaa yhtä alan keskuksista, Max Planck -instituutin kvanttioptiikkayksikköä Garchingissa Münchenin lähellä.

Viimeksi Krauszin ryhmän tutkijat kertoivat tehneensä 3D-elokuvan, joka näyttää elektronien liikkeitä biomolekyylissä. He synnyttivät 28 femtosekunnin elektronipulssin.

Pulssit ovat kuin perättäisiä kuvia elokuvassa. Hidastamalla ja pysäyttämällä otoksia tutkijat näkevät, mitä reaktioissa tapahtuu.

Periaate on sama kuin suurnopeusvalokuvauksen pioneerin, englantilais-yhdysvaltalaisen Eadweard Muybridgen kokeissa Kaliforniassa vuonna 1878. Hän otti kahdellatoista kameralla kuvasarjoja laukkaavasta hevosesta. Taajuus oli noin 25 kuvaa sekunnissa eli sama kuin tavallisella elokuvalla nykyään.

Tutkimusta rahoitti osavaltion entinen kuvernööri Leland Stanford. Hän perusti myöhemmin Stanfordin yliopiston.

Muybridgen kuvasarja todisti, miten hevosen jalat liikuvat laukassa. Ihmissilmän oli vaikea erottaa sitä luonnollisessa tilanteessa.

Nykytutkijat haluavat tietää, miten elektronit laukkaavat atomeissa ja molekyyleissä.

He ovat tutkineet voimakkaiden laserpulssien ja nanohiukkasten vuorovaikutusta. Tutkijat tekivät piidioksidista eli lasista pikkuruisia pallosia.

Pallosesta, johon valonsäde osui, kimposi elektroni. Tutkijat puhuvat katapultista, joka laukaisee elektronin. He uskovat, että tällainen katapultti voi tulevaisuudessa ampua syöpäsoluja kuoliaaksi.

Voimakkaiden valopulssien ja nanohiukkasten avulla voitaisiin myös rakentaa valoaalto-ohjattua elektroniikkaa. Se tekee operaatioita femtosekunneissa eli satatuhatta kertaa nopeammin kuin nykyiset tietokoneet.

Fordell mainitsee vielä yhden teknisen sovelluksen, Maan vetovoiman erojen mittaamisen.

Maan massajakauma vaikuttaa tarkkojen kellojen käyntiin. Aikaerot kertovat gravitaation vaihtelusta maapallolla. Vaihtelu puolestaan kertoo siitä, mitä maaperässä on. Myös merien massavirrat vaikuttavat vetovoimaan.

Ajan tarkka mittaaminen palvelee perimmäisten kysymysten tutkimusta. Sen avulla tarkastellaan aika-avaruutta ja fysikaalisten vakioiden pysyvyyttä.

Kuvitellaan, että kaksi erittäin tarkkaa kelloa käy eri tahdissa. Jos havaitaan, että ero niiden käynnissä muuttuu ajan mittaan, on syytä epäillä, että jokin fysiikan vakio ei olekaan vakio.

Tämä aihe on kiinnostava, haluaisin lisää tällaisia uutisia!

Kiitos mielipiteestäsi!

Reseptit