Tavallisessa kaksinapaisessa magneetissa voimaviivat kaareutuvat navasta toiseen. Yksinapaisessa ne suuntautuvat vain ulospäin. Kuva: Wikimedia Commons
Tavallisessa kaksinapaisessa magneetissa voimaviivat kaareutuvat navasta toiseen. Yksinapaisessa ne suuntautuvat vain ulospäin. Kuva: Wikimedia Commons

Yksinapaisia magneetteja voi olla olemassa.

Fyysikko Mikko Möttönen sanoo havainneensa kumppaneineen ensimmäisen kerran maailmassa niin sanotun monopolin kvanttikentässä. Havainto on Möttösen mukaan kansainvälisesti erittäin merkittävä saavutus kvanttifysiikassa.

Löydös kuulostaa tieteiskirjallisuudelta, mutta on tuttu esimerkiksi varhaista maailmankaikkeutta kuvaavista malleista. Monopoli on yksinkertaisesti sanottuna hiukkanen, jonka magneettiset suuntaviivat osoittavat pelkästään ulospäin hiukkasesta.

Jos ihan tarkkoja ollaan, Möttönen ja työryhmä eivät havainneet monopolihiukkasta vaan eräänlaisen näennäishiukkasen. He kuitenkin osoittivat vihdoin monopolin rakenteen voivan esiintyä luonnossa, ja se on hyvin merkittävä fysiikan perustutkimukselle.

Aalto-yliopistossa työskentelevä Möttösen ryhmä teki tutkimuksen yhteistyössä yhdysvaltalaisen Amherst Collegen kanssa. Tulos julkaistiin Science-lehdessä. Aalto ja Amherst julkaisivat jo vuosi sitten Naturessa merkittävän tutkimuksen monopoleista.

Uusi tutkimus vahvistaa esimerkiksi sen, että tutkijoiden vuosikymmeniä etsimiä magneettisia monopoleja voi olla olemassa.

Magneettinen monopoli on pistemäinen hiukkanen, jolla on magneettinen varaus. Vertailun vuoksi esimerkiksi atomissa olevan elektroni on pistemäinen hiukkanen, jolla on negatiivinen sähköinen varaus.

Magneettisen monopolin erikoisuus on se, että se on magneettikentän pistemäinen lähde. Meidän tuntemissamme magneeteissa on kaksi napaa, mutta magneettisessa monopolissa on vain yksi napa. Tutuissa magneeteissa voimaviivat kaareutuvat navasta toiseen, monopolin suuntaviivat osoittavat ulospäin.

Magneettisia monopoleja on kahta tyyppiä. Jos monopoli on magneettinen etelänapa, se hakeutuu tavallisen magneetin pohjoisnapaan, ja päinvastoin.

Oikean magneettisen monopolin löytämiseen on vielä Möttösen mukaan matkaa. Sitä tutki brittiläinen nobelisti Paul Dirac jo vuonna 1931. Sen jälkeen magneettisia monopoleja on etsitty napa-alueilta löytyvistä kivistä, kosmisista säteistä ja jopa Kuusta.

Vaikka magneettinen monopoli on hiukkanen, nykyiset hiukkaskiihdyttimet eivät pysty sitä todennäköisesti löytämään. Kiihdyttimien teho ei riitä. Magneettinen monopoli on luultavasti niin massiivinen, että sellaista ei voi synnyttää edes maailman suurin hiukkaskiihdytin, Cernin LHC.

Eräiden teorioiden mukaan yhden ainoa magneettisen monopolin massa on niin suuri, että jos sen energialla voitaisiin ladata sähköauton akkua, auto kulkisi yhdellä latauksella kilometrejä.

Uudessa tutkimuksessa tutkijat muokkasivat rubidiumkaasua lähes absoluuttisessa nollapisteessä eli yli 273 pakkasasteessa. He tekivät rubidiumatomeista kasan, joka käyttäytyi kuin yksi atomi. Tällaista yhdessä tilassa olevaa atomikasaa sanotaan Bosen-Einsteinin kondensaatiksi.

Möttönen ja tutkijat muuttivat kondensaatin magneetittomaan tilaan säätämällä kondensaatin spinin nollaksi. Spin on hiukkasen eräänlainen sisäinen pyörimisliike, jolla voi olla suunta. Kun hiukkasen spin on nolla, sen magneettisuus häviää.

Monopolirakenne syntyi magneetittomassa tilassa olevan kondensaatin sisään. Sen voi ajatella vaikka hiukkaskasan keskellä olevaksi pisteeksi, jonka suuntaviivat osoittavat ulospäin. Voi sanoa niinkin, että monopolin kohdalla kondensaatissa on tyhjää eli hiukkastiheys katoaa, Möttönen kuvailee.

Taiteilijan näkemys kvanttimekaanisesta monopolista. Kuva: Heikka Valja.

Taiteilijan näkemys supermassiivisesta mustasta aukosta. Se ahmii ainetta ja säteilee hurjasti. Kuva: Nasa
Taiteilijan näkemys supermassiivisesta mustasta aukosta. Se ahmii ainetta ja säteilee hurjasti. Kuva: Nasa

Eniten silti luettiin uutista Pääsiäissaaren patsaiden kivihatuista.  

1. Pääsiäissaaren kivihattujen arvoitus ratkesi

Muinaiset pääsiäissaarelaiset hyödynsivät fysiikkaa nokkelasti.

2. Suomalaisten yleisin veriryhmä altistaa ärjylle ripulille

Tietty kolibakteeri tarttuu suoliston seinämään herkemmin, jos henkilö kuuluu A-veriryhmään.

3. Hivin siedon salaisuus alkaa paljastua

Prosentin murto-osalla hiv-tartunnan saaneista on poikkeuksellisia tappajasoluja, jotka ilmeisesti vangitsevat sairastuneet solut imukudokseen.

4. Afrikan vanhimmat apinanleipäpuut kuolevat oudosti

Kolmestatoista vanhimmasta yhdeksän on kuollut täysin tai osittain viime vuosikymmenen aikana.

5. Alzheimer voi vaeltaa kuin syöpä

Tautiproteiinia valmistuu elimistössä muuallakin kuin aivoissa.

6. Kivikauden heimosodat niittivät valtaosan miehistä

Tappamisen jäljet näkyvät yhä geeneissämme, osoittaa Stanfordin yliopiston uusi tutkimus.

7. Ihminen haistaa toisen pelon

Hammaslääkäriopiskelijat tekivät enemmän virheitä, kun he harjoittelivat operaatioita nukella, jolle oli puettu ahdistuneen ihmisen aiemmin käyttämä paita.

8. Suurtutkimus laittoi huumeet vaarallisuusjärjestykseen

Huumeista ”taikasienet” vievät käyttäjiä vähiten sairaalaan, kertoo maailmanlaajuinen kyselytutkimus.

9. Silmälasit saattavat todella kieliä älystä

Älykkyyteen vaikuttavat geenit ovat yhteydessä myös huonompaan näkökykyyn.

10. Hirviömäinen musta aukko kasvaa ennätysvauhdilla

Musta aukko nielee Auringon verran massaa kahdessa päivässä.

Tiede-lehden päivittäiset tiedeuutiset jäävät kesätauolle ja palaavat 1. elokuuta.

Ilmaviljely vauhditti siemenperunoiden tuotantoa.

Uusi suomalainen varhaisperuna Jussi tuli markkinoille kolme vuotta sitten. Lajike osoittautui niin suosituksi, että siemenperunat ovat kahtena keväänä loppuneet kesken. Vasta täksi kaudeksi sitä oli ammattiviljelijöille riittävästi, 500 tonnia.

Suuri kysyntä yllätti kaikki.

Jussin siemeniä alettiin kasvattaa Suomen siemenperunakeskuksessa myös aeroponisesti, ilman multaa, koska niitä piti saada viljelijöille paljon ja nopeasti. Perinnäisellä tavalla olisi saatu riittävä määrä siemenperunoita viidessä vuodessa, mutta uusi ilmaviljelymenetelmä nopeutti tuotantoa.

Aeroponisten perunoiden varret varttuvat luonnonvalossa tai ledien loisteessa kaapin päällä, juuret ja maavarret taas venyvät kaapin sisällä pimeässä. Juuristoon ja mukulavyöhykkeelle vain ruiskutetaan ajoittain ravinnesumua.

Jos mukulat poimitaan 30–35-millisinä, kasvi innostuu tekemään niitä jatkuvasti lisää. Kasvi ei ymmärrä vanheta vaan kasvaa ja kasvaa. 

Keskimäärin menetelmä kymmenkertaistaa sadon. Jos turpeessa kehittyy vaikka kolme mukulaa, aeroponisesti niitä syntyy vähintään 30.

Työläs jalostaa

Ajatus uudesta suomalaista perunalajikkeesta syntyi toistakymmentä vuotta sitten. Tavoitteena oli kehittää kaunis, maukas, satoisa ja aikaisen kevään kylmässä maassa selviävä peruna. Sen piti myös kestää tauteja ja soveltua Suomen lyhyeen kasvukauteen ja runsaaseen valoon.

Helpommin sanottu kuin tehty. Perunan perimä sisältää neljä versiota jokaisesta geenistä, kun esimerkiksi ihmisellä niitä on kaksi. Tämän vuoksi kahden perunalajikkeen risteyttäminen tuottaa tuhansia erilaisia vaihtoehtoja. Jotta kaikki halutut ominaisuudet saadaan samaan kasviin, tarvitaan runsaasti jälkeläisiä, joista karsia.

Vuosien jalostustyö tuotti Jussin. Muutamassa vuodessa se on kahmaissut kolmasosan varhaisperunan 800 viljelyalasta. Kahdella muulla kolmanneksella kasvaa Timoa ja saksalaista Solistia. 

Missään muualla kuin Suomessa ja Ruotsissa ei kuitenkaan ymmärretä varhaisperunan arvoa. Jussi sai nimensäkin siitä, että sitä on tarkoitus syödä juhannuksena.

 

Lue lisää

Kesäkuun Tiede-lehdessä on pitkä artikkeli, jossa tiedetoimittaja Arja Kivipelto kertoo, miten uuden perunalajikkeen kehitys ideasta lautasille eteni. Hän kertoo myös, mistä peruna on peräisin – ja miten ja miksi se valloitti maailman.

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