Tiede

Fysiikan Nobel aineen outojen olomuotojen tutkijoille – yksi voittajista kuuli palkinnosta espoolaisessa parkkihallissa

Fyysikkojen David Thoulessin, Duncan Haldanen ja Michael Kosterlitzin työ liittyy muun muassa suprajohteisiin. Kosterlitz sai tiedon nobelista Espooseen, jossa hän on Aalto-yliopiston vieraana

Harvoin osuu fysiikan nobelin palkinto näin lähelle suomalaisia – tai espoolaisia.


Palkinnon saaneesta kolmikosta David Thouless, Duncan Haldane ja Michael Kosterlitz yksi eli Kosterlitz sai soiton Nobel-komiteasta espoolaiseen parkkihalliin. Hän vierailee Aalto-yliopistossa vielä vähän aikaa.


”Olen enemmän kuin hiukan yllättynyt. Ajattelin, että mahdollisuudet ovat yhtä suuret kuin voittaa lotossa. Olen toki haaveillut nobelista”, kertoi Kosterlitz Aalto-yliopistolla tunnelmistaan.


Fysiikan nobelistit saivat palkinnon lähinnä kaksiulotteisen tiiviin aineen ja kaasun fysiikkaa koskevista teoreettisista tutkimuksistaan.


Tutkimukset liittyvät eksoottisen aineen 2- ja 1-ulotteisten olomuotojen muutoksiin, joista yksi esimerkki on aineen muuttuminen niin sanotusti suprajohtavaksi. Siinä sähkö kulkee vastuksetta.


Kosterlitz on Aallon tutkijan Tapio Ala-Nissilän vieraana. Fysiikan professori Ala-Nissilän ryhmä tutkii samoja asioita teknillisen fysiikan laitoksella.


Kosterlitz istui autossa, kun vaimo soitti. Hän antoi numeron, josta oli pyydetty soittamaan. Soitto tuli Nobel-komitelta. Kosterlitz väittää, ettei arvannut soiton syytä, ja kun vaimo on ruotsalainen, suuntanumerokaan ei ihmetyttänyt.


”Mielestäni tästä työstä on enemmän teoreettista hyötyä, niin että voimme ymmärtää tällaisia systeemejä”, sanoi Kosterlitz.


Ala-Nissilä tarkentaa, että Kosterlitzin kuvaamia järjestäytymisen muotoja on luonnossa kaikkialla, esimerkiksi kiteiden pinnalla ja suprajohteissa.


Kosterlitzin vierailu jatkuu Suomessa vielä hetken. Joulukuun 10. päivänä edessä on matka juhlallisuuksiin Tukholmaan noutamaan Nobelin palkintoa.


Faasimuutokset eli olomuotojen muutokset viittaavat aineen äkillisiin muutoksiin aineen ominaisuuksissa. Sellaisia ovat esimerkiksi jään muuttuminen vedeksi ja edelleen höyryksi, kun lämpötila nousee.


Palkittu kolmikko on osoittanut, että myös aineiden sähköiset ominaisuudet muuttuvat äkkinäisesti. Aineen sähkönvastus esimerkiksi voi kadota, kun sitä viilennetään hyvin kylmäksi.


Aine voidaan saattaa jopa lähelle absoluuttista nollapistettä eli –273,15 astetta celsiusta. Aine muuttuu jo sitä ennen hyvin kylmässä suprajohtavaksi.


Tutkijoiden työkaluna on ollut topologia eli matematiikan ala, joka tutkii erilaisten avaruuksien laadullisia ominaisuuksia.


Jo 1970-luvun alussa Kosterlitz ja Thouless osoittivat, että suprajohtavuus ja supranesteet voivat esiintyä myös ohuissa atomikerroksissa kalvoissa ja pinnoilla. Aiemmin luultiin, ettei se ole mahdollista.


Tulevat nobelistit myös selittivät siihen liittyvän mekanismin, faasimuutoksen. Juuri faasimuutos vie aineelta sen suprajohtavuuden korkeammissa lämpötiloissa, kun atomien liike lisääntyy.


1980-luvulla Thouless osoitti, että muutoksessa vaikuttaa topologia.


Kokeissa atomikerrokset ovat niin ohuita, että niitä voi pitää kaksiulotteisina. Niillä ei siis ole kolmea tilan ulottuvuutta eli pituutta, leveyttä ja korkeutta vaan vain pituus ja leveys.


Tällaisen ”tasomaan” fysiikka on hyvin erilaista kuin kolmiulotteisen maailman. Atomit käyttäytyvät siinä eri tavalla.


Esimerkiksi supraneste voi pyöriä pyörteessä ikuisesti, aivan kuin siihen ei vaikuttaisi mikään hidastava voima. Kaikkia aineen ominaisuuksia ei tässä tasomaan tilassa vielä tunneta.


Viime vuosikymmeninä alan tutkimus on kiihtynyt. Tuloksilla näet toivotaan olevan sovelluksia materiaalitieteissä ja elektroniikassa, etenkin suprajohteissa ja tulevaisuuden kvanttitietokoneissa.


Supranesteitä tutki ensi kertaa venäläinen Pyotr Kajpitsa jo 1930-luvulla. Hän sai töistään fysiikan nobelin vuonna 1978. Siitä lähtien supranesteitä on tutkittu ja luotu yhä enemmän laboratorioissa.


Fyysikot ovat luoneet esimerkiksi suprajuoksevaa heliumia ja ohuita sähköä johtavia nanopintoja.


Monet materiaalit muuttuvat magneettisiksi hyvin kylmissä lämpötiloissa. Magneettisuuden muuttuessa muuttuu myös pinnan sähkönjohtavuus, mutta oudosti askelittain.


Tällaista muutosta ei osattu selittää ennen kuin Thouless otti avuksi matematiikasta topolo­gian. Siinä tutkitaan aineen pinnan ominaisuuksia, kun sitä venytetään ja väännetään.


Kaikki kolme nobelistia ovat syntyjään brittejä, mutta työskentelevät Yhdysvalloissa.


Nobelin palkinnon arvo on kahdeksan miljoonaa kruunua eli 830 000 euroa.


Keskiviikkona selviää, kuka saa tai ketkä saavat kemian Nobelin palkinnon. Perjantaina julkistetaan rauhanpalkinnon saajat.


Maanantaina 10. lokakuuta paljastetaan taloustieteen nobelistit. Kirjallisuuden nobelin jakopäivä ilmoitetaan myöhemmin.

HS Digistä löydät Hesarin juttuarkiston helmet
Saat tilaajana kokeilla HS Digiä maksutta
Tilaajille
Haluatko lukea koko artikkelin?

    Seuraa uutisia tästä aiheesta

  • Fysiikka
  • Nobelin palkinnot
  • Tiede
  • materiaalit
  • Matti Mielonen
  • Sanoma Pro

Kommentit

    Ei vielä kommentteja. Kirjoita ensimmäinen.

    Näytä lisää
    Luetuimmat
    1. 1

      ”Väkisin viinaa, hotellihuone, seksuaalinen hyväksikäyttö / raiskaus”: Suomen elokuva-alalla ahdistellut naiset kertovat kokemuksistaan

    2. 2

      ”Ota poikasi kainaloon” – Jos haluat kasvattaa pojan, joka ei ahdistele, yksi keino on lastenpsykiatri Jari Sinkkosen mukaan ylitse muiden

    3. 3

      Mikko Andelin, 41, nukkui kuukausikaupalla vain kolme tuntia yössä – sitten järvenpääläislääkäri puuttui asiaan ja tarjosi lääkkeetöntä hoitoa

      Tilaajille
    4. 4

      Moni suomalainen syö maksansa sairaaksi – jo joka viidennellä on rasvamaksa, eikä tulevaisuus näytä erikoislääkärin mukaan hyvältä

    5. 5

      Stalinin alkuperäiset dokumentit lopettavat turhan arvuuttelun – nyt tiedetään luotettavasti, mitä Moskova suunnitteli Suomen varalle

    6. 6

      Kuura Maula ei kutsu lastaan pojaksi, Maisa Leppänen antoi poikansa pukeutua mekkoon – Näin toimii vanhempi, joka haluaa kasvattaa lapsensa feministisesti

      Tilaajille
    7. 7

      Telinevoimistelun olympiavoittaja syyttää joukkuetoveria ja lajin ylivoimaista hallitsijaa raiskauksesta: ”Hirviö, joka piti minua vankina pelossani niin monta vuotta”

    8. 8

      Sipilän hallitus taas kriisin partaalla

    9. 9

      Trump syytti kongressiedustajaa valehtelusta, kun tämä kertoi tökeröstä puhelusta kuolleen sotilaan surevalle leskelle – Washington Post: Sotilaan äiti vahvistaa presidentin tökeröydet

    10. 10

      Metsäteollisuudessa paine rauhan solmimiseen kovenee – johtajan ansio vastaa prosentin palkankorotusta 10 000 duunarille

    11. Näytä lisää
    1. 1

      Kuura Maula ei kutsu lastaan pojaksi, Maisa Leppänen antoi poikansa pukeutua mekkoon – Näin toimii vanhempi, joka haluaa kasvattaa lapsensa feministisesti

      Tilaajille
    2. 2

      ”Kaikki alalla olevat tietävät sen ringin” – Suomen elokuva-alalta kerätyssä kymmenien ahdistelukertomusten aineistossa muutama nimi toistuu

    3. 3

      ”Ota poikasi kainaloon” – Jos haluat kasvattaa pojan, joka ei ahdistele, yksi keino on lastenpsykiatri Jari Sinkkosen mukaan ylitse muiden

    4. 4

      Aleksis Salusjärvi oli lukiossa, kun nainen kavahti häntä ensi kerran bussipysäkillä – #MeToo-kampanja herätti miehet kertomaan, miltä tuntuu, kun nainen pelkää

    5. 5

      Stalinin alkuperäiset dokumentit lopettavat turhan arvuuttelun – nyt tiedetään luotettavasti, mitä Moskova suunnitteli Suomen varalle

    6. 6

      Mikko Andelin, 41, nukkui kuukausikaupalla vain kolme tuntia yössä – sitten järvenpääläislääkäri puuttui asiaan ja tarjosi lääkkeetöntä hoitoa

      Tilaajille
    7. 7

      Taloyhtiöriita sai uskomattomat mittasuhteet Helsingin Kruununhaassa: oikeudenkäyntikulut jo 50 000 euroa – eikä loppua vielä näy

    8. 8

      Moni suomalainen syö maksansa sairaaksi – jo joka viidennellä on rasvamaksa, eikä tulevaisuus näytä erikoislääkärin mukaan hyvältä

    9. 9

      Myös monet työssä käyvät välttelevät työntekoa

    10. 10

      Sote-ratkaisu horjuu jälleen – asiantuntijat laidasta laitaan varoittavat viemästä tuoreinta versiota eteenpäin

    11. Näytä lisää
    1. 1

      Ossi Nyman ei tee töitä ja sanoo, että työvoimatoimisto on ihmisoikeusloukkaus – näin ”ideologisesti työtön” taktikoi itselleen yhteiskunnan tuet

      Tilaajille
    2. 2

      ”Äiti soittaa”, vilkutti puhelin kuolleen pojan vieressä – oppilas Niina Sassi, poliisi Timo Leppälä ja muut Jokelan koulusurman kokeneet kertovat nyt, millaiset jäljet tragedia jätti

      Tilaajille
    3. 3

      Sairaanhoitaja Paula Vuotila, 61, eli 30 vuotta ”koulutetun eliittielämää” – sitten hän ajautui asumaan rappukäytävissä

    4. 4

      ”Kaikki alalla olevat tietävät sen ringin” – Suomen elokuva-alalta kerätyssä kymmenien ahdistelukertomusten aineistossa muutama nimi toistuu

    5. 5

      ”Sinun hiljaisuutesi on valanut sementtiin itätytön stereotypian, ja se myy lisää poikamiesmatkoja”, kirjoittaa kirjailija Sofi Oksanen avoimessa kirjeessään Melania Trumpille

    6. 6

      Aleksis Salusjärvi oli lukiossa, kun nainen kavahti häntä ensi kerran bussipysäkillä – #MeToo-kampanja herätti miehet kertomaan, miltä tuntuu, kun nainen pelkää

    7. 7

      Kirjailija kertoi olevansa ”ideologisesti” työtön ja kikkailevansa tukia – TE-toimisto katkaisee tuet ja aloittaa poikkeuksellisen selvityksen

    8. 8

      Trumpin lähipiiri pelkää presidentin olevan ”hajoamassa” – avustajat yrittävät pitää presidentin aisoissa, kun hän saapuu toimistolle kiihdyksissään

    9. 9

      Naisen käsi osui vahingossa vastaan kävelleeseen mieheen Kalliossa – mies raivostui silmittömästi, löi ja potki naista

    10. 10

      Rikollisjengi kaappasi ruokakaupan Malmössä ja ryhtyi pyörittämään sitä itse – ”En ole koskaan nähnyt mitään vastaavaa”

    11. Näytä lisää