Miksei ole yksinapaista magneettia? Teorioissa sellainen on, nimeltään magneettinen monopoli. Sitä on etsitty uutterasti.

Nobelin palkinto välähti varmasti tutkimusassistenttien Julie Teaguen ja Walter Wagnerin silmissä 1975. He tutkivat mikroskoopeillaan valoherkkien filmien ja erikoispinnoitettujen muovilevyjen pakkaa, joka oli kolme vuorokautta riippunut ilmapallosta kymmenien kilometrien korkeudessa Pohjois-Amerikan taivaalla.

Pakkaan oli osunut yli 70 kosmista hiukkasta, mutta yksi erottui kaikista muista. Tämä tähtienvälinen vaeltaja oli ainoana kulkenut kaikkien 33 muovikalvon läpi ja jatkanut matkaansa kuin sanomalehden läpi ammuttu hirvikiväärin luoti. Lisäksi se oli kulkenut vain puoliksi niin nopeasti kuin avaruussäteilyn muut hiukkaset. Sen täytyi siis olla poikkeuksellisen pönäkkä, ainakin 200 kertaa protonia massiivisempi.

Teague, Wagner ja kokeen kehittänyt professori P. Buford Price tiesivät alkeishiukkasten joukossa vain yhden, joka pystyisi moiseen ohilentoon: magneettinen monopoli eli yksinapainen magneetti. Monopoli oli tuolloin fysiikan Graalin malja. Löytäjä pääsisi tieteen kuolemattomien nimien joukkoon.

Mikä sitten olikin osunut Pricen ja kumppanien laitteisiin, se ei ikävä kyllä ollut kauan kaivattu monopolihiukkanen. Vuosia kestäneiden väittelyiden ja tarkistusten jälkeen tutkijat päätyivät siihen, että hiukkanen oli sittenkin liian kevyt käydäkseen monopolista. Ilmeisesti se oli kaukaisesta tähdestä sinkoutunut platina-atomin ydin: erikoinen mutta ei palkinnon arvoinen sattumus.

Teaguen, Wagnerin ja Pricen lailla moni muukin on vetänyt vesiperän. Magneetin arvoitusta pohdittiin jo keskiajalla, mutta yksinapainen puuttui fyysikkojen pelilaudalta aivan viime aikoihin asti. Vasta viime vuonna siitä nähtiin erityyppisiä merkkejä.

Pilkkomalla vain kaksinapaisia

Ensimmäisenä magneetin pilkkomisen ongelman kirjasi muistiin ranskalainen sotilasinsinööri Petrus Peregrinus 1269. Hänen työnsä oli rakentaa katapultteja, ja kenties niiden vaivalloinen ja vaarallinenkin virittäminen köysien ja väkipyörien avulla sai hänet pohtimaan magneetin voimien valjastamista.

Peregrinus laati seikkaperäisen tutkielman magnetismista ja selosti hieman ylimielisellä tyylillä mutta tarkkoihin havaintoihin tukeutuen, että kaksinapaisen magneetin katkaiseminen tuottaa aina kaksi magneettia, jotka myös ovat kaksinapaisia. Hän esitti kaikki mahdolliset tavat asetella magneetin kappaleet yhteen ja totesi, että yksinapaista magneettia ei synny mitenkään.

Peregrinusta seurasi joukko muita tarkkoja havainnoitsijoita, sillä magneettien voima kiehtoi monia. Meni kuitenkin satoja vuosia ennen kuin hänen havaintoihinsa voitiin lisätä mitään olennaisesti uutta. 1600-luvulla huomattiin, että maapallo on suuri magneetti pohjois- ja etelänapoineen; Peregrinuksen runollinen mutta väärä uskomus oli sijoittaa magneettiset navat taivaan uloimmalle kannelle.

Yksinapaista magneettia kukaan ei vaivautunut edes harkitsemaan.

Sähkö ja magnetismi samaa

1800-luvun alussa oivallettiin sähkön ja magnetismin yhteys. Havaittiin, että salamaniskun sähköpurkaus sai kompassin magneettisen neulan kääntymään ja että metallijohtimeen syntyi sähkövirta, kun sitä liikutettiin magneettikentässä.

Saman vuosisadan puolivälin jälkeen englantilainen James Clerk Maxwell muovasi sähkömagnetismia kuvaavat yhtälönsä, jotka kuuluvat ihmiskunnan kaikkein tärkeimpiin saavutuksiin.

Viime vuosisadan alussa Albert Einstein ja Max Planck ohjasivat fysiikan nykyiselle tielleen. Suhteellisuusteoria uudisti käsityksen ajasta ja avaruudesta, ja kvanttifysiikka mullisti näkemykset aineen rakenteesta.

Myös magnetismi sai perusselityksen, kun alkeishiukkasten spin-ominaisuus löytyi. Spin on puhdas kvantti-ilmiö: sillä ei ole vastinetta paljain silmin näkyvässä maailmassa. Spinin vuoksi hiukkaset käyttäytyvät kuin pienet hyrrät (joskaan ne eivät todellisuudessa pyöri), ja juuri tuo hyrräys synnyttää magneettisen voiman.

Toimiiko käytäntö teoriassa?

Vaikka emme voi kokemuksesta ymmärtää, mitä spin on, sen vaikutuksen voi tuntea. Kun tarpeeksi moni hiukkanen yhdistää spininsä samansuuntaisiksi, ne voivat vaikka nostaa junan ilmaan.

Spin-ominaisuus on se syy, miksi magneettia ei voi purkaa, vaikka sen silppuaisi atomeiksi ja ne edelleen protoneiksi, neutroneiksi ja elektroneiksi. Jokaisella hiukkasista on edelleen spin, eli jokainen atomin osa on yhä kaksinapainen magneetti.

Kunnon fyysikolle ei riitä, että jokin on totta käytännössä - varsinainen testi on, toimiiko se teoriassa. Englantilainen fyysikko Paul Dirac oli puhdasverinen teoreetikko. Yksi hänen varhaisista yhtälöistään käsitteli sitä, miltä etäisyydeltä katsottuna nainen on kauneimmillaan. Dirac tosin myönsi, ettei hän tuolloin ollut päässyt puolta metriä lähemmäksi naista.

Fyysikkona Dirac oli toista maata kuin naistenmiehenä. Huipputeoreetikko Stephen Hawkingin mukaan Dirac on Einsteinin jälkeen eniten maailmankuvaamme muuttanut tutkija. Myös käytännössä, sillä muun muassa televisio perustuu Diracin teorioihin.

Diracia voi pitää eräänlaisena kvanttifysiikan sähkömiehenä: hän loi edelleenkin pätevän pohjan sähkömagnetismin kvanttiteorialle. Hän myös ennusti antimaterian olemassaolon neljä vuotta ennen sen löytymistä.  Samalla hän osoitti, että magneetti voi kuin voikin olla myös yksinapainen eli magneettinen monopoli.

Yksikin monopoli riittäisi

Dirac käsitteli magnetismia ja sähköä samanveroisina ja ratkaisi Maxwellin yhtälöt uudella tavalla. Näin hän onnistui selittämään, miksi sähkövaraus esiintyy kvantteina, määräkokoisina paketteina. Aiemmin tutkijat olivat mitanneet ja taulukoineet varauksia. Dirac sai oikeat arvot putkahtamaan suoraan teoriasta, kun hän oletti, että magneettinen monopolihiukkanen oli olemassa.

Monopoli oli siis eräänlainen toimivan teorian perusoletus. Samalla Diracin matematiikka kuitenkin myös selitti, miksi moista monopolia ei ollut nähty.

Elektronin sähkövaraus tiedettiin kvantittuneeksi, ja elektroneja on maailmassa pilvin pimein. Diracin mukaan kaikki maailman  kvadriljoonat elektronit "tuntisivat" yhden ainoankin monopolin läsnäolon, jos sellainen jossain olisi - se riittäisi kvantittamaan joka ikisen elektronin. Tämä johtuu siitä, että sähkömagneettisen kentän voimakkuus ei riipu hiukkasten välisestä etäisyydestä.

Vaikka tuo maailmankaikkeuden ainokainen monopolihiukkanen sijaitsisi maapallollamme, kuinka todennäköisesti se löytyisi?

Fyysikot kinasivat teorioistaan

Diracin esitys ei aluksi herättänyt kummoistakaan huomiota - osaksi siksi, että kansallissosialistit ottivat vallan Saksassa ja alkoivat puhdistaa yliopistoja epämieluisista tutkijoista. Moni eturivinkin fyysikko etsi henkensä kaupalla turvallista asuinpaikkaa eikä paljon pohtinut outoja hiukkasia. Samana vuonna kun Dirac palkittiin Nobelilla eli 1933 alettiin Saksan yliopistoissa soveltaa arjalaislakeja ja epäsaksalaisina pidettyjä kirjoja poltettiin julkisesti.

Toisaalta sähkömagneettisen säteilyn kvantittuminen oli ollut valtavan tieteellisen kiistan aiheena vielä muutama vuosi aikaisemmin. Ennen 1920-luvun puoliväliä ani harva fyysikko uskoi fotonien, valokvanttien,  olemassaoloon. Kun Einstein sai fotoneja koskevasta teoriastaan Nobelin palkinnon, samassa tilaisuudessa palkittu fyysikko Niels Bohr vastusti teoriaa omassa juhlaesitelmässään.

Kolmanneksi fysiikka eteni noina vuosina sellaisin harppauksin, että poikkeuksellisiin ajatuksiin kannattikin suhtautua maltillisesti. Varsin usein toinen nero kiilasi taka-alalta uuden ja paremman selityksen kanssa.
Vähän kerrassaan muut kvanttifyysikot alkoivat tutkia Diracin teoriaa.  Saksassa työskennellyt suomalaissyntyinen fyysikko Bernd Olof Grönblom laski 1930-luvun puolivälissä, että magneettinen monopoli olisi pistemäinen. Samoihin aikoihin Pascual Jordan vahvisti Diracin laskelmat. Jordan oli avoimesti natsi, mikä ei ollut omiaan vauhdittamaan teorian hyväksymistä.

Kokeissa vedettiin vesiperä

Kokeelliset fyysikot olivat liikkeissään vikkelämpiä. Ensimmäiset kokeet tehtiin muutama kuukausi Diracin julkaisun jälkeen 1932, ja kaksi vuotta myöhemmin amerikkalainen Garnegien tutkimuslaitos ilmoitti Physical Review -lehdessä, että monopolia ei ole löytynyt mutta isompi koemagneetti on jo tilattu.

Monopolihiukkasen etsintä oli uutteraa ja kekseliästä.

Tonnikaupalla rautamalmia seulottiin erilaisilla magneettikentillä. Merenpohjaa naarattiin magneeteilla pohjaan painuneiden monopolihiukkasten toivossa. Sääpallot nostivat mittalaitteita ilmakehän ylärajoille, ja kun ensimmäisellä kuulennolla kerätyt kivet saatiin laboratorioon, haluttiin heti selvittää, piileksisikö niissä yksinapaisia magneetteja.

Vielä 1960-luvulla monopolien etsiminen kuului uusien hiukkaskiihdyttimien neitsytprojekteihin, mutta kiinnostus alkoi selvästi hiipua. Hiukkastutkimuksen painopistekin vaihtui, kun protonien ja neutronien huomattiin rakentuvan vielä pienemmistä hiukkasista, kvarkeista.

Hetken ajan tosin arveltiin, että kvarkit olisivat magneettisia monopoleja. Vaikka oletus oli väärä, se johti hollantilaisen Gerardus ´t Hooftin ja neuvostoliittolaisen Aleksandr Poljakovin pohtimaan Diracin monopolia uudessa valossa. He osoittivat, että monopoli ei välttämättä ole hiukkanen. Se voi olla useiden kenttien muodostama kuhmu, ikään kuin paikalleen jähmettynyt kenttäenergian aalto.

Niitä on paljon ja painavia

Jos kokeet olivatkin tuloksettomia, fysiikka ei polkenut paikallaan. 1960-luvulla syntyneet yhtenäisteoriat näyttivät ensin pärjäävän ilman monopolihiukkasta, mutta ilo oli lyhyt ja fyysikkojen otsat palasivat tutuille rypyille. Yhtenäisteorioissakin piili magneettinen monopoli, ja lisäksi omamme kaltaisessa universumissa olisi pitänyt olla monopolihiukkasia niin paljon, että ne olisi ollut hyvin helppo havaita.

Teorioiden mukaan monopolihiukkasten täytyi olla erittäin massiivisia. Monopoli olisi yhtä pieni kuin protoni, mutta se voisi painaa saman verran kuin pienimmät eläinkunnan edustajat. Sellainen hiukkanen porautuisi laboratoriosta pöytien ja lattioiden läpi peruskallioon eikä pysähtyisi ennen Maan keskipistettä.

Yhtenäisteoriat myös sanelivat, että protoni hajoaa. Sen elinikä on tosin äärettömän pitkä, ainakin 10 potenssiin 32 vuotta, mutta protonin hajoamisella olisi radikaalit seuraukset: se merkitsisi kaiken näkyvän aineen loppua.

Yhtenäisteorioiden todistamiseksi täytyisi joko löytää magneettinen monopoli tai havaita protonin hajoavan. Kumpaakaan ei ole nähty melkoisista ponnistuksista huolimatta. Protonin hajoamista on tutkittu esimerkiksi ilmaisintankeilla, joissa on 50 000 tonnia puhdistettua vettä.

Tutkijat saattavat kuitenkin saada tuplajättipotin. Jos superraskas monopoli molskahtaa protoni-ilmaisimen tankkiin, protoneja hajoaa kerralla useita miljoonia! Vaikutus on kuin heittäisi tykinkuulan lautaspinoon.

Monopoli kuului säieteorioihinkin

Yhä uusia teorioita tai ainakin uusia versioita vanhoista ilmestyi fysiikan ideoiden markkinapaikoille.  Mikään ei kuitenkaan poistanut monopolihiukkasen ongelmaa.

Suomalainen Claus Montonen ja englantilainen David Olive osoittivat 1970-luvulla, että ainakin joissakin niin sanotuista supersymmetrisistä teorioista magneettinen monopoli ja sähköinen monopoli (eli elektroni tai positroni) voivat vaihtaa rooleja keskenään. Tämä Montosen ja Oliven dualiteetti sementoitui fysiikan peruskiviin viitisentoista vuotta myöhemmin, kun Edgar Witten, yksi vaikutusvaltaisimmista nykyfyysikoista, vahvisti sen omilla laskelmillaan.

Eräs fysiikan suuria saavutuksia on niin sanottu Yangin-Millsin teoria. Se on matemaattisesti hyvin monimutkainen: ensimmäisen yhtälön ratkaisua etsittiin toistakymmentä vuotta. Mahtoiko kukaan yllättyä, kun ratkaisu osoitti magneettisen monopolin olemassaoloa?

Eikä helpotusta tuonut edes säieteorioiden esiinmarssi. Uudet teoriat suorastaan huusivat monopolihiukkasia, mutta oliko tuo mikään ihme? Paul Dirac oli nimittäin ensimmäisiä, jotka toivat säikeiden käsitteen fysiikkaan, ja hän teki sen juuri magneettista monopolia koskevassa artikkelissaan.

Ne vievät toiseen maailmaan?

Myös avaruustutkijat olivat ihmeissään. Jos nuori universumi oli ollut monopoleja pullollaan, missä ne olivat nyt? Ongelmaa ei pystytty ratkaisemaan millään hienosäädöllä, sillä luotetuimpiin teorioihin perustuvat laskelmat näyttivät, että monopoleja olisi pitänyt olla sata miljardia kertaa enemmän kuin koko maailmankaikkeuden energiatiheys. Monopolien vetovoiman vuoksi maailmankaikkeus ei olisi voinut kasvaa muutamaa millimetriä suuremmaksi.

Amerikkalainen fyysikko Alan Guth esitti 1979 pulmaan rohkean ratkaisun: jos maailmankaikkeus oli joskus laajentunut jopa valoa nopeammin, suurin osa magneettisista monopoleista oli joutunut oman maailmankaikkeutemme ulkopuolelle. Tämä laajeneminen eli kosminen inflaatio ratkaisisi samalla kaikkeuden muodon ja rakenteen ongelmat.

Guth ei ollut kosmologi vaan hiukkastutkija. Omien sanojensa mukaan hän ei kyennyt edes seuraamaan keskustelua, jota tutkijat kävivät hänen teoriastaan. Pian kosmologit kuitenkin hyväksyivät leirinsä ulkopuolelta tulleen teorian - joskin heidän helpotuksekseen omien joukosta nousivat Andrei Linde ja Paul Steinhardt korjaamaan sen puutteet.

Monet kosmologit pitävät johdonmukaisena ajatusta, että oma maailmankaikkeutemme on vain yksi monista. Omissa teorioissaan Andrei Linde on esittänyt, että magneettiset monopolit olisivat madonreikiä, jotka poikisivat loputtomasti uusia maailmankaikkeuksia. Tällöin monopoli täyttäisi koko maailmankaikkeuden ja laajenisi sen mukana.

Jos Linde on oikeassa - mitä lienee mahdoton ikinä todistaa - koko maailmankaikkeutemme näyttäisi ulkopuolelta tarkasteltuna pieneltä magneettiselta mustalta aukolta.

Isoa kalaa kannattaa pyytää

Monta teoriaa, vähän kouriintuntuvaa. Arvoituksellinen magneettinen monopoli on edistänyt fysiikkaa, kosmologiaa ja jopa matematiikkaa tarjoamalla hedelmällistä maaperää uusille ajatuksille, mutta onko sitä olemassa?

Monopolihiukkanen sisältyy kaikkiin fysiikan keskeisiin teorioihin. Tämä olisi outoa sattumaa, ellei sille olisi vastinetta luonnossa, ajattelee moni fyysikko.

Keinoaineiden avulla voidaan luoda magneettisia monopoleja tai ainakin jäljitellä niiden ominaisuuksia. Silti kosmisen monopolin etsintä tuskin loppuu. Sen löytyminen toisi vahvistuksen supersymmetriselle teorialle, kosmiselle inflaatiolle ja yhtenäisteorioille.  Se voisi osoittaa, mikä on kvanttifysiikan oikea tulkinta.

Eikä perustutkimus olisi ainoa hyötyjä.  Jos yksikin monopolihiukkanen saataisiin talteen, sen voisi monistaa hiukkaskiihdyttimessä. Monopolit voitaisiin valjastaa puhtaan energian tuottamiseen, sillä magneettimoottori olisi kymmeniä kertoja sähkömoottoria tehokkaampi.

Jos moottoria edes tarvittaisiin: purkillinen monopoleja laivan kokassa vetäisi alusta pitkin maapallon magneettisia voimaviivoja satamasta toiseen.

Petri Forsell on vapaa toimittaja.

Julkaistu Tiede -lehdessä 1/2010

1269  Petrus Peregrinus päättelee magneetin jakamisen olevan mahdotonta.

1600  William Gilbert osoittaa Maan olevan magneetti ja ottaa käyttöön elektronisuuden käsitteen.

1750  John Michell osoittaa, että magneetin navat ovat yhtä voimakkaita.

1820  Hans Christian Ørsted huomaa sähkön vaikuttavan magneettiin.

1825  André-Marie Ampère kokoaa sähkömagnetismia koskevat kokeet yhteen.

1846  Michael Faraday esittää, että valo on sähkömagneettista aaltoliikettä.

1873  James Clerk Maxwell laatii sähkömagnetismia koskevat yhtälöt.

1884  Heinrich Hertz osoittaa Maxwellin yhtälöiden olevan sovellettavissa sekä sähköön että magnetismiin. Hän osoittaa myös kokeellisesti, että valo on sähkömagneettista säteilyä.

1894  Pierre Curie kehittää ajatuksen vapaasta magneettisesta navasta.

1897  J. J. Thompson löytää sähköisen monopolin eli elektronin.

1900  Max Planck luo teorian kvanteista.

1905  Albert Einstein esittää, että sähkömagneettinen säteily on kvantittunutta.

1925  Samuel Goudsmit, George Uhlenbeck ja Ralph Kronig keksivät spin-ilmiön.

1928  Paul Dirac luo kvanttimekaaniset yhtälöt sähkömagnetismille. Hän esittää muun muassa antimaterian olemassaoloa.

1931  Paul Dirac esittää magneettisen monopolin teorian.

1932  Antimaterian olemassaolo vahvistuu kokeellisesti, kun toinen sähköinen monopoli, positroni, löytyy.

1974  Gerardus ´t Hooft ja Aleksandr Poljakov esittävät magneettisen monopolin uuden kenttätulkinnan.

1979  Alan Guth keksii kosmisen inflaation monopoliongelman ratkaisuksi.

2007  Spinjään havaitaan tuottavan magneettisen monopolin kaltaisen ilmiön.

2009  Suomalainen ryhmä esittää kokeen monopolin simuloimiseksi kvanttiaineessa.

2009  Brittitutkijat saavat aikaan sähkövirtaa vastaavan magneettisen virran pommittamalla spin-jäätä myonihiukkasilla. 

Monopoli löytyi kiteistä

Magneettisen monopolin ongelma saa ainakin osittaisen ratkaisun aineen harvinaisista olomuodoista.

Spinjää on erikoinen kide, jonka kahdesti nobeloitu kemisti Linus Pauling keksi 1930-luvulla. Hän päätteli, että veden jäätyessä lähekkäisten molekyylien spinit vaikuttavat niin, että kiteisiin jää epäjärjestystä, eräänlainen sisäinen jännite, jopa absoluuttisessa nollapisteessä.

Käytännössä vesi ei ole koskaan tarpeeksi puhdasta, jotta siitä saisi spinjäätä. Eräisiin eksoottisiin metalliseoksiin tällaista kiderakennetta kuitenkin syntyy, esimerkiksi dysprosiumtitanaatti-nimiseen materiaaliin. Viime syksynä tutkijat löysivät siitä monopoleja.

Tutkimuksen uusi monopolibuumi alkoi pari vuotta sitten. Silloin havaittiin, että sähkövirta ja paine aiheuttivat spinjäässä outoja muutoksia. Kiteessä lähti vaeltamaan yksinapainen magneettinen varaus - vuosikymmeniä etsitty magneettinen monopoli?

Ilo oli kuitenkin ennenaikaista. Pian kävi selväksi, että monopolin magneettikenttä oli vain murto-osa teoreettisesti arvioidusta, ja lisäksi kentän voimakkuus muuttui paineen muuttuessa.

Monopoli-ilmiö syntyi, kun elektronit vaihtoivat spinien suuntaa ja muutos eteni kiteessä aaltomaisesti.

Suomalaisia kiinnostaa simulointi

Löytö oli kuitenkin merkittävä, koska sen avulla on mahdollista simuloida todellisen monopolihiukkasen käyttäytymistä ja selvittää sen ominaisuuksia.

Samantapaisia ominaisuuksia on havaittu toisessa oudossa aineessa, Bosen-Einsteinin kondensaatissa. Se on lähellä absoluuttista nollaa syntyvä aineen olomuoto, jossa atomit kadottavat yksilöllisyytensä ja käyttäytyvät yhdessä ikään kuin jättiläisatomi.

Kondensaattiin syntyviä virtauspyörteitä muokkaamalla on mahdollista luoda magneettisen monopolin kaltainen tila. Teknillisen korkeakoulun ja New South Walesin yliopiston tutkijat ovat kehittäneet menetelmän, jolla tämän pitäisi onnistua melko helposti.

Simuloidun monopolin uskotaan olevan niin paljon Diracin monopolin kaltainen, että sen ominaisuuksia päästäisiin tutkimaan yksityiskohtaisesti.

Toimi kuten monopoli

Mutta entä "oikea" monopoli? Viime vuoden syksyllä tehtiin peräkkäin kaksi merkittävää löytöä.

Ensin syyskuussa kansainvälinen Alan Tennantin johtama ryhmä kertoi havainneensa ensimmäistä kertaa kiteessä rakenteen, joka samalla oli magneettinen monopoli.

Kyseessä ei ole hiukkanen eikä hiukkasjoukkokaan vaan kiteeseen syntyvä suurempi rakenne. Tässä tapauksessa dysprosiumtitanaattiin syntyi magneettivuota kuljettavia säikeitä, ja niiden päät toimivat kuin yksinapaiset magneetit.

Brittiläisen Steven Bramwellin tutkimusryhmä pommitti kiteitään myoneilla, elektronia muistuttavilla alkeishiukkasilla, jotka kuitenkin ovat noin 200 kertaa elektronia raskaampia. Myonit hajoavat nopeasti muiksi hiukkasiksi, enimmäkseen positroneiksi. Niiden liikeradoista tutkijat päättelivät, että monopolit liikkuivat kiteessä. Tästä kerrottiin lokakuussa.

Bramwellin ryhmä siis havaitsi magneettisten varausten liikkeestä aiheutuvan magneettisen virran.  Se muistuttaa sähkövirtaa mutta on hyvin heikko. Englannissa se on saanut nimen magnetricity - olisiko suomeksi magnetoisuus?

Onko vaiko eikö?

Bramwellin ja kumppaneiden löytöä on vaikea soveltaa käytäntöön, koska magneettivirta ei pääse kiteestä ulos. Mutta jos sama ilmiö saadaan syntymään muissakin aineissa, sitä voisi hyödyntää esimerkiksi nanomitan tietokonemuisteissa.

Maallikko voi tässä olla vähän hämillään: onko se magneettinen monopoli nyt todella löydetty?

Monopoli on yksinapainen magneetti, ja tällaisia rakenteita on nyt kiteistä paljastunut. Se on myös elektronin magneettinen vastine, ja monopolien aiheuttama magneettivirta, joka vastaa sähkövirtaa, on niin ikään havaittu.

Vastaus on siis kyllä.

Sen sijaan ei ole havaittu yksittäisiä, todellisia monopolihiukkasia, joita teorian mukaan pitäisi olla. Jotkut tutkijat arvelevat, että ne jäävät haaveeksi. Mutta optimistejakin on.

 

 

Suomalaistutkija havaitsi, että maaseudun monimuotoinen luonto saattaa suojata koiria allergialta. Se antaa tukea biodiversiteettihypoteesille.

Kaupunkilaiskoirilla on enemmän allergioita kuin maaseudulla asuvilla. Vähiten allergioita on koirilla, jotka elävät maalla maalaismaiseen tapaan monilapsisessa, muitakin eläimiä omistavassa perheessä ja saavat ulkoilla vapaasti kotipihalla.

Tällaisia asioita koirista Jenni Lehtimäki sai selville väitöstutkimuksessaan, josta Helsingin Sanomat kertoo jutussaan.

Ihmisistä tosin ei samanlaista yhteyttä löytynyt allergioiden ja asuinpaikan väliltä.

Lehtimäki testasi biodiversiteettihypoteesia. Sen mukaan immuunijärjestelmämme häiriintyy ja allergian tapaiset tulehdusperäiset sairaudet lisääntyvät, kun ympäristön monimuotoisuus hupenee ja me altistumme entistä vähemmille luonnon mikrobeille.

Väitöskirja koostui neljästä tutkimuksesta, joista kaksi käsitteli lapsia ja kaksi lemmikkikoiria.

Kummassakaan lapsitutkimuksessa ei löytynyt merkittävää yhteyttä allergioiden ja ihon mikrobien tai luonnon monimuotoisuuden välillä.

Toisin oli lemmikkien laita. Koiranomistajille suunnatun kyslytutkimusken mukaan sairaimpia olivat kaupunkilaiskoirat, joista noin 17 prosentilla oli allergiaa. Maalla osuus oli viitisen prosenttia.

”Kysely osoittaa ensimmäistä kertaa urbaanin ympäristön ja muun nisäkkään kuin ihmisen allergian välisen yhteyden”, Lehtimäki kertoo.

Vielä selvemmän näytön tarjoaa neljäs tutkimus, johon osallistui yhteensä 170 labradorinnoutajaa ja suomenlapinkoiraa.

Se paljasti, että eniten allergioista kärsivät kaupungissa esimerkiksi kerrostalossa asuvat koirat, joilla on ”urbaani elämäntyyli”. Niiden hoidosta vastaa yksi ihminen, joka harrastaa monenlaista ja lenkkeilee paljon koiran kanssa.

Harvinaisimpia allergiat ovat maalaiseen tapaan maalla elävillä koirilla. Niiden iholla on viljalti ympäristöstä peräisin olevia bakteereja.

Lehtimäki ihmettelee, miksi ympäristön ja allergian yhteys tuli ilmi koirilla muttei lapsilla.

”Allergia on monimutkainen sairaus ja ihmiselämä on monimutkaista, mikä saattaa piilottaa ympäristön vaikutuksen”, hän miettii.

Täysin piiloon ihminen ei kuitenkaan jäänyt. Kyselytutkimuksessa paljastui, että jos allergia vaivaa koiraa, omistajakin on todennäköisesti allergikko. Tämä johtuu epäilemättä jostain yhteisestä tekijästä koiran ja omistajan elämäntavoissa tai ympäristössä.

”Maaseutumaisessa ympäristössä koiran ja ihmisen elimistö altistuu mikrobeille, jotka jollakin tavalla tukevat immuunijärjestelmän toimintaa”, Lehtimäki toteaa.

Kysely

Uskotko biodiversiteettihypoteesiin?

Tutustu sisältöön ja lue uusi lehti digilehdet.fi:ssä.

 

Tieteessä 2/2018 

 

PÄÄKIRJOITUS

Kun viha vie

Vihapuhuja ratsastaa alkukantaisella reaktiolla.

 

PÄÄUUTISET

Unissa puhutaan rumia

Myöntisen päiväminän takaa kurkkii
kielteinen yöminä – hyvästä syystä.

Alienkivi on yksi miljoonista

Tähtienvälisiä asteroideja syöksyy
aurinkokunnan läpi jatkuvasti.

Nykyihminen seikkaili
ulos Afrikasta useita kertoja

Yhden ulostulon malli ei enää mitenkään
istu Aasian löytöihin.

Korallit kalpenevat kiihtyvää tahtia

Lämpenevät vedet riistävät
polyypilta elintärkeän kumppanin.

 

ARTIKKELIT

Migreeni vyöryy aivorungosta

Kun sähköt sekoavat hermokeskuksessa,
kipuviestit kiihdyttävät aivot hälytystilaan.

Esinisäkkäät
Maailman valtiaat ennen dinosauruksia

Kehitys kohti meitä käynnistyi jo silloin,
kun maapallon mantereet olivat vielä yhtä.

Siittiöt hukassa

Enää hälytyskellot eivät kilise van kumisevat.
Miesten siittiömäärät ovat romahtaneet.

James Bond
Harmaa agentti hurmasi maailman

Vastoin odotuksia huomaamaton vakooja sai
valtavan huomion. Kohu teki fiktiosta faktaa.

Liikenne jättää tiet

Visio on villi muttei utopiaa. Jokainen sopiva
maapala tarvitaan luonnolle ja ruoalle.

Ennen paras mies oli poikamies

Naiset ja seksi eivät ole aina olleet miehen mitta.
Elämän tärkeät asiat löytyivät pitkään toisaalta.

 

TIEDE VASTAA

Voiko pissa jäätyä kaarelle?

Haudataanko vainajat ilmansuuntien mukaan?

Mikä on puujalkavitsi?

Miksi kuusi kestää lumen painon?

Miten norppa löytää takaisin avannolle?

Voiko avaruusaseman palauttaa Maahan?

 

KIRJAT

Oma dna kantaa suvun historiaa

Marja Pirttivaara teki suomalaisille sukututkijoille uudenlaisen kätevän oppaan.

 

KUVA-ARVOITUS

Klassikkopalsta

kutsuu lukijoita tulkitsemaan kuvia lehden Facebook-sivustolle: facebook.com/tiede.fi

 

OMAT SANAT

Valoa kohti

Entisinä aikoina kantasana tarjosi myös lämpöä.

 

Jos olet Sanoman jonkin aikakauslehden tilaaja, voit lukea uusimman numeron jutut Sanoman Digilehdet-palvelussa.

Ellet vielä ole ottanut tilaukseesi kuuluvaa digiominaisuutta käyttöön, tee se osoitteessa https://oma.sanoma.fi/aktivoi/digilehdet. Aktivoinnin jälkeen pääset kirjautumaan suoraan digilehdet.fi-palveluun.