Fysiikan Nobel 2010 myönnettiin venäläisille Andre Geimille ja Konstantin Novoseloville grafeenilla tehdyistä läpimurtokokeista.

Fysiikan Nobel-palkinto myönnettiin venäläissyntyisille Andre Geimille ja Konstantin Novoseloville grafeenilla tehdyistä läpimurtokokeista. Tiede-lehti veikkailikin Manchesterin yliopiston grafeenitutkijoille tiedemaailman himotuinta palkintoa numerossa 4/2009 jutussa Grafeenista vauhtia elektroniikkaan. Science rankkasi grafeenin elektroniikkasovellukset viime vuoden kymmenen tärkeimmän tieteellisen läpimurron joukkoon.

Grafeeni on aivan uudenlainen materiaali. Kyse on yhden atomin paksuisesta kerroksesta grafiittia - siis hiiltä. Teoreettiset fyysikot selittivät jo 1930-luvulla, ettei grafeenia voisi koskaan valmistaa, koska atomien lämpöliike hajottaisi hiilen rakenteet. Vuosikymmenten mittaan lukuisat havainnot vahvistivatkin tämän. Eri materiaaleista valmistetut kalvot hajosivat, kun niitä ohennettiin äärimmilleen. Siksi grafeenin löytyminen tuli täytenä yllätyksenä.

Loppujen lopuksi grafeenia olikin tavattoman helppo valmistaa. Näin se käy: ota lyijykynän "lyijyä" eli grafiittia. Paina teippi kiinni grafiittiin ja irrota varovasti. Teippiin jää ohuita grafiittilastuja. Paina sitten tämä teippi kiinni toiseen teipinpalaseen ja irrota palaset toisistaan. Nyt jälkimmäiseen teippiin on tarttunut lastujen päällimmäinen kerros. Toista tätä, kunnes pääset atominohuisiin kerroksiin.

Näin Geim ja Novoselov valmistivat aivan uutta, äärimmäisen ohutta ja vahvaa materiaalia, jonka sähkönjohtavuus on kuparin tasoa ja joka johtaa lämpöä paremmin kuin mikään muu aine. Grafeeni on lähes täydellisen läpinäkyvää, mutta silti edes helium ei pääse sen läpi.

Grafeenin avulla fyysikot voivat tutkia uudenlaisia kaksiulotteisia materiaaleja, joilla on ainutlaatuisia ominaisuuksia. Sitä voidaan käyttää kvanttifysiikan ilmiöiden kokeilemiseen. Mutta grafeenilla on myös paljon käytännöllisiä sovelluksia uusien materiaalien kehityksessä ja innovatiivisen elektroniikan valmistuksessa. Grafeenitransistorien ennustetaan olevan paljon nopeampia kuin nykyisten piihin perustuvien transistorien. Sen ansiosta tulevaisuuden grafeenitietokoneet voivat olla paljon nykyisiä nopeampia.

Koska grafeeni on käytännössä läpinäkyvää ja hyvä johdin, sitä voi käyttää myös esimerkiksi kosketusnäytöissä  ja ehkä jopa aurinkopaneeleissa.

Grafeeni voi muuttaa muoveja sähköä johtaviksi samalla, kun se parantaa niiden kykyä sietää kuumuutta ja tekee niistä mekaanisesti vahvempia. Tätä ominaisuutta voi käyttää uusissa supervahvoissa materiaaleissa, jotka ovat myös ohuita, joustavia ja höyhenenkeveitä. Tulevaisuuden autot, lentokoneet ja satelliitit saatetaan valmistaa komposiittimateriaaleista, joissa on mukana grafeenia.

Palkitut venäläistutkijat ovat työskennelleet yhdessä pitkään. Britannian ja Venäjän kansalainen, 36-vuotias Konstantin Novoselov työskenteli 51-vuotiaan, Alankomaiden kansalaisuuden saaneen Andre Geimin alaisuudessa Hollannissa tehdessään väitöskirjaansa. Novoselov seurasi Geimiä Britanniaan, ja nyt molemmat ovat Manchesterin yliopiston professoreita.

Hulluja ideoita rakastava Geim sai hupinobel-palkinnon, Ig-Nobelin, jo vuonna 2000 yhdessä Michael Berryn kanssa magneettilevitoivaa sammakkoa koskevasta tutkimuksestaan. Geim on ensimmäinen Ig-Nobel-voittaja, jolle on myöhemmin myönnetty oikeakin Nobel-palkinto.

Valveilla makaaminen tekee vuoteesta vihollisen, joka estää nukkumisen.

Hyvä yöuni on terveytemme elintärkeitä peruspilareita. Se elvyttää kehon, uudistaa soluja, hoitaa mieltä, huoltaa muistia ja suojaa sairauksilta.

Univaje toimii päinvastoin ja on elimistölle myrkkyä.

Se heikentää muistia, häiritsee tunne-elämää, koettelee aineenvaihduntaa ja immuunipuolustusta ja altistaa sairauksille, kuten diabetekselle, sydän- ja verisuonitaudeille, mielenterveyden häiriöille ja aivorappeumille, esimerkiksi Alzheimerin taudille.

Jokainen nukkuu joskus huonosti, mutta toisilla univaikeudet kroonistuvat. Paradoksaalisesti ihminen alkaa silloin pelätä, ettei saa unta, niin paljon, ettei saa unta. Sänky ei ole enää ystävä vaan vihollinen.

Perinteisesti pitkäaikaista unettomuutta on hoidettu lääkkeillä, mutta nykyisin niitä ei enää suositella. Tilalle on tullut lääkkeettömiä vaihtoehtoja, kuten kognitiivis-behavioraalinen cbt-terapia.

Sänky on vain nukkumista varten

Cbt-terapian ytimessä on nukkumista haittaavien pelkojen ja muiden kielteisten ajatusmallien horjuttaminen ja purkaminen.

Tässä yksi tärkeä keino on rajoittaa vuoteessa oloa, sillä pahimmillaan oma sänky on uniongelmaiselle ärsyke, joka estää nukkumisen. Hän on ehdollistunut siihen, että sängyssä odottaa kurja yö.

”Tarkoituksena ei ole rajoittaa nukkumista vaan vuoteessa oloa. Jokainen vuoteessa valveilla oltu hetki vahvistaa negatiivista yhteyttä valveen ja vuoteen välillä”, sanoo Helsingin uniklinikan toiminnanjohtaja Anne Huutoniemi, joka hoitaa uniongelmaisia cbt:llä.

Käytännössä ensin arvioidaan, miten kauan uneton todellisuudessa nukkuu silloin, kun kokee, ettei nuku silmän täyttä. Jos keskiarvoksi saadaan vaikkapa 5,5 tuntia yössä, siitä tehdään vuoteessaoloaika, ja ihminen alkaa mennä nukkumaan vuoteessaoloaikansa verran ennen tavanomaista ylösnousuaikaansa.

Aluksi aikataulua noudatetaan kaksi viikkoa. Jos uneton ei saa unta puolen tunnin kuluessa sänkyyn menosta tai herää yöllä ja virkistyy, hänen on noustava sängystä ja pysyttävä sieltä poissa, kunnes vireys taas vaihtuu väsymykseen.

Jos kahden viikon jälkeen suurin osa sovitusta vuodeajasta kuluu unessa, nukkumaanmenoa voidaan alkaa aikaistaa 15 minuuttia viikossa. Tätä jatketaan, kunnes saavutetaan ideaaliaika, joka kerryttää unta sopivasti.

 

Lue lisää

Tiede-lehdessä 11/2018 on pitkä artikkeli, jossa lääketieteeseen erikoistunut tiedetoimittaja Mari Heikkilä kertoo, miten aivot ehdollistuvat pelkäämään nukkumaan menoa, miten hyviä tuloksia cbt-hoito on tuottanut ja miten itse kukin voi auttaa itseään nukahtamaan helpommin.

Jos aihe kiinnostaa, käy ostamassa paperilehti tai iPad-digilehti.

Jos olet Sanoman jonkin aikakauslehden tilaaja, voit lukea artikkelin kirjautumalla tilaajatunnuksillasi Digilehdet-palveluun.

Ellet ole vielä aktivoinut digilukuominaisuutta, tee se osoitteessa https://oma.sanoma.fi/aktivoi/digilehdet. Aktivoinnin jälkeen pääset kirjautumaan suoraan digilehdet.fi-palveluun.

Ellet ole tilaaja, voit hyödyntää maksutonta tutustumistilausta, joka tarjoaa neljän viikon lukuoikeuden Tiede-lehden artikkeleihin.

Pääset tekemään tilauksen klikkaamalla tätä artikkelilinkkiä.

Miljardien vuosien saatossa nuoret kvasaarit ovat suihkunneet maailmankaikkeuden täyteen kuumaa seitinohutta atomirihmaa.

Tähtitieteilijät ovat keksineet vastauksen arvoitukseen, missä liki puolet aineesta piileksii.

Nyt ei puhuta pimeästä aineesta saati pimeästä energiasta, joita kosmologisten teorioiden mukaan pitäisi olla maailmankaikkeuden massaenergiasta peräti noin 95 prosenttia. Kyse on siitä tavallisesta aineesta, josta koostuvat tähdet, planeetat, kivet, eläimet ja me itse.

Tavallinen aine on enimmäkseen protoneita ja neutroneita sekä näistä muodostuvia atomeita. Kaiken järjen mukaan atomeiden pitäisi olla kasaantuneina galaksien tähtiin, planeetoihin ja mustiin aukkoihin.

Lähiavaruudessa tehtyjen astronomisten havaintojen mukaan näissä massakeskittymissä on kuitenkin ainetta vain noin 60 prosenttia siitä, mitä pitäisi olla, ja loput noin 40 prosenttia on teillä tietymättömillä.

”Pitäisi olla” viittaa siihen, että kun katsotaan putkilla hyvin kauas eli varhaiseen maailmankaikkeuteen, tämä puuttuva aine on siellä massakeskittymissään.

Looginen ratkaisu puuttuvan aineen ongelmaan on se, että galaksit ja kvasaarit ovat vuosimiljardien saatossa pyörteissään ja myrskyissään syösseet osan aineesta galaksien väliseen avaruuteen. Siellä se olisi jonkinlaisina kuumina rihmoina. Tätä oletettua kaasua on kutsuttu nimellä whim (warm-hot intergalactic medium).

Kvasaari on teini-ikäisen galaksin keskustassa riehuva musta aukko, joka imee valtavalla massallaan lähiavaruuden ainetta itseensä. Mustaa aukkoa ympäröivässä pyörteessä kaikki aine ei puristu mustan aukon sisään vaan sinkoaa avaruuteen.

Nämä suihkuvirtaukset lähtevät liki valon nopeudella, ja tässä vauhdissa aine säteilee valtavasti energiaa. Se selittää kvasaarien kirkkauden.

Whim-teorian todentaminen on ollut vaikeaa. Galaksit ja kvasaarit näkyvät kyllä hyvin, mutta on liki mahdotonta havaita niiden tyhjyyteen ruiskimaa ainepulveria. Galaksien välisessä avaruudessa painovoima on olematon, ja kaasurihma on hyvin harvaa.

Kaasuatomit ovat väistämättä kuumia ja nopeita. Niiden lähtönopeuden on täytynyt olla valtava, jotta ne ylipäätään ovat päässeet karkuun mustan aukon ja galaksin painovoimasta.

Ja kun ne kerran pääsevät galaksienväliseen avaruuteen, ne eivät siitä juuri viilene tai hidastu, koska hillittömässä väljyydessä ne eivät törmää mihinkään, tuskin edes toisiinsa.

Whim-kaasun kuumuus saa aikaan sen, että maailmankaikkeuden yleisin atomi vety on yleensä ionisoituneessa muodossa. Se on siis pudottanut ainoan elektroninsa pois.

Galaksien välistä whim-kaasua on yritetty kiivaasti jäljittää, mutta laihoin tuloksin. Syy on luultavasti juuri elektronien putoaminen vilkkaan whim-hiukkasen kyydistä.

Tämä kesänä kansainvälinen tutkijaryhmä ilmoitti Naturessa löytäneensä whim-pölyä. He katsovat todistaneensa, että puuttuvan aineen arvoitus on nyt ratkaistu: 40 prosenttia aineesta on galaksien välisessä avaruudessa.

Tutkijat analysoivat valon kulkua kaukaisen kvasaarin 1ES 1553+113 ja meidän välillä. Tarkemmin sanoen he havainnoivat matkalla tapahtuneita spektrimuutoksia. Havainnot tehtiin Euroopan avaruusjärjestön Esan XXM-Newton avaruusteleskoopilla.

Koska vety ei tässä tarkoituksessa toimi, tutkijat tekivät löytönsä hapesta.

Whimin kova meno pudottaa happiatomistakin elektronit, mutta kun niitä on alkujaan kahdeksan, jotkin voivat sinnitellä mukana.

Kvasaarista matkannut suihku kohtasi matkallaan happiatomeita, joita kiersi kaksi elektronia, ja tämä riitti siihen, että galaksien välinen happi voitiin havaita spektrissä.

”Löysimme puuttuvat baryonit”, astrofyysikko Michael Shull Coloradon yliopistosta sanoo tiedotteessa.

Baryoni on yleisimmin protoni tai neutroni, joista atomien ytimet koostuvat. Maailmankaikkeuden ainesosasten kokonaismassasta puhuttaessa baryoni on käytännössä synonyymi tavalliselle aineelle.