Fysiikan keula-aallolla purjehtiva professori Päivi Törmä kehittää nanoteknisiä terveysmittareita ja pohjustaa kvanttitietokoneiden läpimurtoa.


TEKSTI:Jarno Forssell

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Fysiikan keula-aallolla purjehtiva professori Päivi Törmä kehittää
nanoteknisiä terveysmittareita ja pohjustaa kvanttitietokoneiden läpimurtoa.

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Julkaistu Tiede-lehdessä 7/2003

Jyväskylän yliopiston luonnontieteiden kampuksen liikennejärjestelyt ovat sekaisin. Fysiikan, bio- ja ympäristötieteiden ja kemian laitosten viereen rakennetaan uutta taloa, johon ensi vuonna sijoittuu nanotieteiden tutkimuskeskus. Saman katon alle pääsevät nanokoon - siis metrin miljardisosien - ilmiöistä kiinnostuneet fyysikot, kemistit ja biologit.

Nanohankkeen ohjausryhmää johtaa yliopiston tutkijatähti, fysiikan professori Päivi Törmä, 34. Oulun ja Helsingin yliopistojen kasvatti aloitti pestinsä Jyväskylässä kaksi vuotta sitten työskenneltyään sitä ennen Teknillisen korkeakoulun tutkijana Espoon Otaniemessä.

- Olen kotiutunut hyvin Jyväskylään, vaikka välillä kaipaankin isomman kaupungin tuntua, Törmä kertoo. - Täällä on omat hyvät puolensa: työt ovat lähteneet hyvin käyntiin, minulla on viiden minuutin työmatka, ja ympärillä on kaunista luontoa. Ja tässä vaiheessa, kun elämä on pelkkää lapsenhoitoa ja työtä, on melkein sama, missä asuu, professori nauraa.

Päivi Törmän nykyistä työhuonetta fysiikan laitoksessa koristavat perhekuvat edellisenä päivänä vuoden täyttäneestä Antti-pojasta ja fyysikko-aviomiehestä Gheorghe-Sorin Paraoanusta. Yhdelle hyllylle on aseteltu kymmenen vuoden takainen ryhmäkuva Cambridgen yliopiston jatko-opintokurssilta. Muuten hyllyjä täyttävät kvanttifysiikkaa ja nanotieteitä käsittelevät teokset.

- Jyväskylän yliopistossa on saatu aikaan yllättävän hyvää tutkimusta nykyisilläkin resursseilla, mutta jos tähdätään kansainvälisen tason nanokeskukseen, tarvitaan uusia laitteita, Törmä selittää rakennusprojektin välttämättömyyttä. Uuteen rakennukseen valmistuu muun muassa laadukas 200 neliön puhdastila.

- Sen jälkeen voimme tehdä paljon sellaista, mitä nyt emme voi, sillä tilaa on vain alle 70 neliötä eikä sekään ole kovin puhdasta. Näytteisiin menee likaa, ja niistä onnistuu ehkä yksi kolmesta tai jopa vain yksi kymmenestä.



Ei halunnut katsoa kärsimistä

Matematiikka oli Oulun eteläpuolella sijaitsevassa Pulkkilassa kasvaneelle Päiville helppoa ja hauskaa ensimmäisestä luokasta lähtien. Koulutunnit ja isän kanssa pelatut shakkiottelut riittivät kuitenkin hyvin tyydyttämään matematiikan nälän lukioikään saakka. Vapaa-aika meni kavereiden kanssa metsässä juostessa.

Vielä lukion alussa Päivin tulevaisuuden vaihtoehdot olivat avoimet. Häntä kiinnostivat muun muassa fysiikka, arkkitehtuuri ja tietotekniikka. Paljon lukevan ja omiakin kertomuksia kirjoittavan tytön salaisena haaveena oli alkaa romaanikirjailijaksi.

Lopulta fysiikka kuitenkin vei voiton muista mielenkiinnon aiheista - osittain siksi, että Pulkkilan lukioon sattui osumaan innostava opettaja, joka oli hajulla tutkimuksesta.

- Fysiikassa tuli myös silloin tällöin vastaan asioita, joita en ihan ymmärtänyt. Tuntui, että alassa voisi olla haastetta, Päivi Törmä muistelee.

Opettaja-yrittäjäperhe opetti arvostamaan koulutusta ja tekemään kovasti työtä, mutta akateemisiin piireihin ei Päivillä ollut sukunsa kautta kontakteja. Koulussa hyvin menestyvälle tytölle ehdotettiin sitä ainoaa akateemista vaihtoehtoa, joka tunnettiin: lääketieteen opintoja.

- Lääkärin homma ei kuitenkaan kiinnostanut minua lainkaan. Lähinnä siksi, etten pysty katsomaan, kun ihmiset kärsivät, Törmä tunnustaa.

Hän päätti aloittaa fysiikan opinnot lähimmässä yliopistossa, Oulussa. Siellä sattui asumaan silloinen poikaystäväkin.

Aloitti kvanttitietokoneista

Päivi Törmä päätti valmistua nopeasti ja lähteä maailmalle. Runsaan kolmen vuoden opiskelun jälkeen hän sai maisterin paperit ja hankkiutui vuodeksi teoreettisen fysiikan jatko-opintoihin Cambridgen yliopistoon.

- Oulussa olin tottunut tekemään kovasti töitä, mutta Cambridgessa ennätin pitää hauskaakin; työtahti oli sen verran verkkainen, Törmä hymyilee.

Kymmenen vuotta sitten Törmä palasi Suomeen ja alkoi tehdä väitöskirjaa Helsingin yliopistossa professori Stig Stenholmin ohjauksessa. Työ käsitteli kvantti-informaatiota ja kvanttitietokoneita, joita kohtaan fyysikot alkoivat tuntea suurta kiinnostusta. Törmä pääsi alusta asti mukaan nousevaan buumiin.

- Kvanttitietokoneissa tieteellisen läpimurron pitää tapahtua lähimpien kymmenen vuoden aikana, jotta asiaa edelleen tutkittaisiin. Uskon, että niin myös käy, sillä mukana on paljon lahjakkaita tutkijoita ja ala saa paljon rahoitusta sekä Euroopassa että Yhdysvalloissa.

Väitöskirjan valmistuttua vuonna 1996 Törmä lähti viettämään neljää post doc -vuottaan Etelä-Saksaan Ulmin yliopistoon ja Itävaltaan Innsbruckin yliopistoon. Alppien tuntumassa vietettyinä vuosina hän jatkoi aiemmin alkaneita harrastuksiaan: laskettelua ja vuorilla kiipeilyä. Mieheensäkin hän tutustui kiipeämällä tämän kanssa Mont Blancille.




Päivi Törmä

• Ikä: 34

• Arvo: filosofian tohtori, fysiikan professori

• Yliopisto: Jyväskylän yliopisto

• Laitos: fysiikan laitos

• Tutkimusala: nano- ja mikroanturit, kylmät atomit, fotonikiteet

• "Harrastukset": lapsen hoitaminen, aiemmin laskettelu ja vuorilla kiipeily

• Mielikuva hyvästä tutkijasta:"Samaan aikaan luova ja kriittinen. On ideoita, joita muilla ei ole, mutta ne eivät saa olla huuhaata. Kova tekemään työtä, sillä lukuisten töiden joukosta nousee joskus huippuja."

Tutkii tätä

• Kokeellisesti tutkii nano- ja mikro-antureita, erityisesti bionanosensoreita ja kemiallisia sensoreita. Ryhmä kehittää antureita muun muassa dna-tunnis-tukseen ja bio-kohteiden lämmönmit-taukseen.

• Teoreettisesti tutkii muun muassa kylmien atomien mahdollistamaa materian uutta olomuotoa eli Bosen-Einsteinin kondensaattia sekä fotonikiteitä ja kvantti-informaatiota.


Seuraavaksi nanoaistimia

Suomeen palattuaan Päivi Törmä kiinnostui nanosensoreista, äärimmäisen pienistä laitteista, joilla voisi seurata esimerkiksi elimistön tilaa. Hän johtaa Jyväskylässä 20 tutkijan ja opiskelijan tutkimusryhmää, joka tekee yhteistyötä myös kemistien ja biologien kanssa. Ryhmä pyrkii yhdistämään fysiikan mikro- ja nanotietämyksen biologisten ja kemiallisten ilmiöiden havainnointiin.

- Yritämme muun muassa tehdä dna-sensoria, jota voisi käyttää sairauksien - esimerkiksi sarsin - tunnistamisessa. Tunnistus nopeutuisi, sillä dna:ta ei tarvitsisi nykytapaan monistaa.

Dna-sensori on Törmän mukaan "erittäin kunnianhimoinen tavoite", eikä hän lupaa, että ryhmä saisi sellaisen aikaan esimerkiksi ensi vuonna. Hän sanoo kuitenkin, että viiden vuoden kuluttua tunnistin voi olla olemassa jossakin päin maailmaa. Ehkä Jyväskylässä.

Törmä kuvaa nanosensoreita uudenlaiseksi aistiksi, joka kertoo ihmiselle, mitä elimistössä tapahtuu. Kehon sisälle sijoitetut sensorit voisivat tunnistaa sairauksia tai esimerkiksi liian alhaisen verensokerin. Sensorit kertoisivat hälyttävät tulokset jo siinä vaiheessa, kun emme itse niitä tunne. Tieto voitaisiin välittää luettavaksi kehossa olevilla lähettimillä, jotka saisivat energiansa joko pienestä paristosta tai vaikkapa elimistön lämmöstä tai kemiallisesta energiasta.

- Tämä on vielä vision tasolla, mutta pitkän aikavälin hieno tavoite on, että laitteet toimisivat samalla energialla kuin muukin keho.

Kokeissa sovelletaan mikro- ja nanoprosessointitekniikkaa, eli tehdään pieniä näytteitä esimerkiksi elektronimikroskoopin avulla ja mitataan niitä sähköisesti.

Törmä ottaa käteensä läpinäkyvän muovirasian. Sen sisällä on pieni neliskulmainen piinpala, jonka pinnalla on kultalankoja. - Nämä langoitetaan ulkomaailmaan, ja sitten johdetaan sähkövirtaa sisään. Toiminnallinen osa keskellä on niin pieni, ettei sitä näe paljaalla silmällä.

Tekniikan riskejä voi torjua

Nanotieteissä Päivi Törmää viehättää alan uutuus ja rajoja rikkova luonne.

- On kiehtovaa olla mukana siinä vaiheessa, kun uudesta tutkimusalasta tehdään tiedettä ja kaikki on auki. On jännittävää, kun aivan perusasioistakin ollaan vielä eri mieltä. Nanotieteissä tutkimus ei ole olemassa olevien perusasioiden viilaamista. Niissä voi syntyä aivan uusia käsitteitä ja tutkimuksen menetelmiä.

Monitieteisessä tutkimuksessa tarvitaan erityisen paljon ihmissuhde- ja viestintätaitoja. Luonnontieteet ovat niin edistyneitä, ettei yksi ihminen voi hallita kaikkea tietoa, jota tarvitaan merkittävän uuden löydön tekemiseen.

- Yhteistyö eri alojen tutkijoiden kanssa on virkistävää, sillä niin pääsee vaihteeksi opettelemaan perusasioita toiselta alalta. Vaarana on kuitenkin pinnallisuus - se, että opettelee toiselta alalta pari perusasiaa ja kuvittelee osaavansa jotakin.

Kaikessa uudessa on viehätyksensä mutta myös mahdolliset vaaransa. Tieteiskirjallisuus ja -elokuvat ovat jo maalailleet näköaloja nanokokoa olevista villiintyneistä koneista, jotka kääntyvät ihmisiä vastaan. Törmä ei näe nanotekniikassa sen kummempia uhkakuvia kuin tekniikassa muutenkaan.

- En usko mihinkään Terminator-tyyppiseen ajatukseen koneiden kapinasta. Mutta mikä tahansa tekniikka voi tietysti joskus mennä epäkuntoon: tietokoneet mykistyä tai sähköt katketa isoistakin kaupungeista. Kaikille järjestelmille pitää olla varmistusjärjestelmät, myös nanotekniikalle.

Teoreetikko ehdottaa kokeita

Päivi Törmä tekee edelleen paljon teoreettista perustutkimusta, joka liittyy kylmiin atomeihin ja Bosen-Einsteinin kondensaattiin. Se on aineen uudenlainen, erittäin matalassa lämpötilassa esiintyvä olomuoto, jossa atomit käyttäytyvät yhdessä eräänlaisen superatomin tapaan.

  kokeellisella puolella "hirmuisella vauhdilla". Teoreetikon rooli on ehdottaa kokeilijoille, millaisia kokeita kannattaisi tehdä. Törmän oma teoreettinen tutkimus on nykyään enimmäkseen ajatustyötä ja lukemista.

Törmä arvioi olevansa teoreettisessa tutkimuksessa "tietyllä kansainvälisellä tasolla". Siellä hän haluaa vastedeskin pysyä ja vielä vahvistaa asemaansa. Se antaa vaikutusvaltaa muun muassa siihen, millaista kokeellista tutkimusta alalla tehdään.

Opiskelijoita on kiva ohjata

Professorin työ on paitsi tutkimista myös aiheiden kehittelyä ja tutkijoiden ohjaamista. Ensimmäinen Törmän alusta asti ohjaama tohtori väittelee marraskuussa kylmistä atomeista. Päivi Törmä pitää opiskelijoiden ohjaamista antoisana työnä.

- Ryhmään tullessaan opiskelija ei tiedä mistään mitään, mutta lähellä väitöstään hän on niin edistynyt, että hänen kanssaan voi keskustella kuin kenen tahansa tieteentekijän kanssa. On hienoa nähdä, kuinka ajattelu, omatoimisuus ja ideointikyky kehittyvät.

Törmä vastaa myös tutkimusryhmän rahoituksen hankkimisesta. - Monista lähteistä, pieninä palasina. Kannatan sitä, että rahoituksesta kilpaillaan, mutta prosessi voisi olla yksinkertaisempi kuin nyt. Käyttäisin aikani mieluummin tutkimukseen. Mutta maailma ei ole koskaan täydellinen, täytyy vain yrittää saada tästä paras irti.

- Professorin työssä on myös runsaasti hyviä puolia. Voin itse päättää, millaisia aiheita tutkin. Sitä vapautta en mielelläni antaisi enää pois. Professuuri antaa tietysti myös henkilökohtaista turvallisuutta. On eri asia olla vuoden tai kahden pestillä.

Tutkijamiehet "verovapaa etu"

- Nuorempana ajattelin, ettei sukupuolella ole mitään merkitystä, mutta onhan se totta, että naisia on alalla vähemmän, ja sillä on tietty yhteiskunnallinen merkityskin. En ole kuitenkaan kokenut, että sukupuolesta olisi urani aikana ollut sen kummemmin haittaa tai hyötyä. Tai jos on ollut, niin sitten kumpaakin yhtä paljon, niin että vaikutukset kumoavat toisensa.

Pari vuotta sitten Törmä kuvaili alan miesvaltaisuutta "verovapaaksi luontaiseduksi", eikä hän ole muuttanut tässä suhteessa mieltään.

- Minusta miehet ovat kivoja, ja tykkään työskennellä heidän kanssaan. Se johtuu tietysti siitä, että tapaan työssäni enimmäkseen miehiä, jotka ovat kiinnostuneita samoista asioista kuin minä.

Samoista asioista on kiinnostunut myös Törmän aviomies, Yhdysvalloissa opiskellut ja väitellyt romanialaissyntyinen Gheorghe-Sorin Paraoanu, joka hänkin työskentelee Jyväskylän yliopiston fysiikan laitoksessa. Hän tutkii kvanttitietokoneita kokeellisesti.

Päivi Törmän mielestä hyvällä tutkijalla pitää olla kunnianhimoa, joka suuntautuu uuden tekemiseen ja maailman muuttamiseen. Hän siteeraa englanninkielistä sanontaa: There are two kinds of people. Those who want to make money and those who want to make a difference.

- Minulla ei ole mitään rahaa vastaan; tutkijoidenkin pitäisi saada enemmän palkkaa. Silti painotuksen pitäisi olla siinä, että haluaa tehdä jotakin uutta ja jättää jälkensä maailmaan. Siihen perustuu tutkijan motivaatio ja työssä jaksaminen.

Aikaa vain perheelle ja työlle

Professorin yhtenä haasteena on oppia jakamaan aikansa oikeassa suhteessa tieteen ja tiedebyrokratian välillä. Tutkijaryhmän nopea kasvu kahteenkymmeneen - ja sen myötä hallinnollisten töiden moninkertaistuminen - oli aluksi Törmälle sokki. Nyt hän tekee parhaansa, että professorillakin säilyy kosketus tieteeseen.

Ja sitten vielä se perhe. Päivi Törmä sai ensimmäisen lapsensa vuosi sitten ja palasi töihin kolme kuukautta synnytyksen jälkeen. Vauva söi kolme - neljä kertaa yössä, ja jokaisen imetyksen aikana professori ennätti miettiä yhden työprojektin asiat valmiiksi.

- Oli se aika rankkaa!

Lasta jäi hoitamaan kotiin Päivin äiti, kunnes nyt yksivuotiaana poika on aloittanut perhepäivähoidossa.

Törmän mielestä huippututkimuksen ja suurin piirtein normaalin perhe-elämän voi yhdistää, mutta valintoja joutuu tekemään.

  yksinkertaiseksi: verhoja ei vaihdeta jouluksi eikä lakanoita mankeloida.

- Ei näiden asioiden yhdistäminen varmaan jokaiselle sovi. Mutta uskon, että ihmiset, jotka ovat tälle tutkimuksen tasolle jaksaneet, jaksavat pienen lapsen hoidonkin.

Jarno Forssell on vapaa tiedetoimittaja ja Tiede-lehden vakituinen avustaja.

Nanotekniikasta lisää: Nanokemisti kehittää kojeita molekyyleistä, Tiede 2/2003.

Lue myös Anu Huttusen ja Päivi Törmän artikkeli sähkön korvaamisesta valolla tietotekniikassa: Fotonikide on kova sana tulevaisuuden tietokoneissa, Tiede 8/2002, s. 24-27.


Sisältö jatkuu mainoksen alla