Retki Jyväskylän fysiikan laitokselle

Tutustumisemme alkoi professori Jukka Maalammen luennolla modernin fysiikan suurnimestä Albert Einsteinista ja pääpiirteisesti hänen aikaansaannoksistaan sekä tietoiskulla fysiikan laitoksen toiminnasta. Seuraavaksi siirryimme metsästämään uutta olomuotoa kvarkki-qluoni-plasmaa dosentti Kari Eskolan opastuksella, minkä jälkeen projektipäällikkö Riitta Rinta-Filppula kertoi opiskelumahdollisuuksista CERNissä.

Lounaan nautimme fysiikanlaitoksen viihtyisässä ravintolassa. Tämän jälkeen siirryimme alakertaan katsomaan syklotronia. Tosin emme nähneet sitä kolmimetrisen betoniseinän läpi. Onneksi kuitenkin saimme ensiluokkaista kuvamateriaalia gamma-ilmaisinlaitteistosta nimeltä RITU puhumattakaan muista vempaimista ja sadoista metreistä johtoja.

Fysiikanlaitoksen esittely: http://www.phys.jyu.fi/

Einstein

Nobel-palkittu Albert Einstein tunnetaan parhaiten luomansa suhteellisuusteorian ansiosta, mutta hän vaikutti paljon myös kvanttimekaniikan ja kosmologian kehitykseen. Hän syntyi Ulmissa, Saksassa, vuonna 1879, mutta muutti jo nuorena perheensä mukana Müncheniin, missä hän myös aloitti koulun käynnin. Albert Einsteinin perhe ei ollut kovin varakas, joten hänet juutalaisena jouduttiin laittamaan katoliseen kouluun. Häntä ei pidetty koulussa mitenkään erityisen lahjakkaana: hänellä oli ongelmia opiskeluaikoinaan ja hänet jopa erotettiin koulusta.

Einstein ei päässyt yliopistolle töihin valmistuttuaan vaan joutui elättämään itsensä köyhänä pätkätöillä. Parin vuoden kuluttua hän pääsi töihin patenttitoimistoon, jolloin hänellä jäi aikaa myös omille tutkimuksilleen. Samoihin aikoihin Einstein meni myös naimisiin ja väitteli itsensä tohtoriksi ja myöhemmin jatkoi uraansa luennoitsijana monissa yliopistoissa. Siihen aikaan uskottiin eetterin olemassaoloon, johon myös Einstein aluksi uskoi. Eetteri valoaineena ja etävoimien välittäjänä oli hyvin monimutkainen teoria, jonka vaikeutena pidettiin mm. maan liikettä eetterin suhteen. Eetteriteoria hylättiin myöhemmin paljolti Einsteinin ansiosta. Ilman Einsteinin kehittämää suhteellisuusteoriaa ei olisi atomipommeja. Kuitenkin tähän päästiin vasta 30 vuotta suhteellisuusteorian kehittämisen jälkeen, kun Yhdysvalloissa kehitettiin Einsteinin presidentille kirjeessä tekemän aloitteen pohjalta atomipommi Saksaa vastaan. Pommin aiheuttamasta tuhosta järkyttyneenä Einstein alkoi puhua vastuusta ihmisenä, sillä ihmiskunnalla on liian järeät aseet.

Einsteinin ajatuksia rakkaudesta: http://koti.mbnet.fi/neptunia/science/einst62.htm

QGP

QGP tulee sanoista Quark Gluon Plasma (kvarkki-gluoni-plasma) ja tarkoittaa aineen olomuotoa, jossa kvarkit ja gluonit ovat vapaina hiukkasina toisin kuin ns. normaalissa aineessa, jossa ne ovat sitoutuneina toisiinsa muodostaen hadroneja (mm. protonit ja neutronit). QGP:n olemassaoloa ei ole kiistattomasti todennettu, mutta sekä CERN, että yhdysvaltalainen Brookhaven painiskelevat hankkeen parissa. CERNin uudella hiukkaskiihdyttimellä saadaan todennäköisesti uutta mielenkiintoista tietoa esimerkiksi siitä, onko plasma kaasua vai nestettä.

Big Bang

Kvarkki-gluoni-plasma on kiinnostava tutkimuskohde, koska sen uskotaan olleen maailmankaikkeuden luonnollinen olomuoto kymmenen ensimmäisen mikrosekunnin ajan alkuräjähdyksen jälkeen, jolloin lämpötila tutkijoiden mukaan oli n. 2x1012 kelviniä.

Sovellutuksia

Vaikka ”kvarkkipuuroa” ei olekaan päästy kunnolla tutkimaan, sille on jo keksitty mielenkiintoisia sovellutuksia, joista hulppein on luultavasti aikakone. Seuraavaan kappaleeseen onkin koottu kaikki, mitä tarvitset aikakoneen valmistukseen.

Alku on hankalin, koska tarvitset hiukkaskiihdyttimen tai joudut lainaamaan CERNin vuonna 2007 käyttöön otettavaa LHC (Large Hadron Collider) -kiihdytintä luodaksesi kvarkki-gluoni-plasmaa. Seuraavaksi tarvitset iiisooon kompressorin, koska plasma tulee puristaa kokoon, jonka tilavuus on 1/1020 alkuperäisestä. Vielä tarvitaan ripaus negatiivista energiaa, jolla syntyvät aika-avaruuden madonreiät voidaan vakauttaa ja suurentaa ihmisen kokoa vastaaviksi. Syntyneen madonreiän toinen pää viedään voimakkaaseen gravitaatiokenttään, joka suhteellisuusteorian mukaisesti hidastaa ajan kulumista. Näin saadaan aikaan tunneli ajan halki. Sitten vain sanotaan jotain syvällistä ja kokeillaan.

Syklotroni

Jyväskylän yliopiston kiihdytinlaboratorio on yksi Euroopan johtavista hiukkastutkimuskeskuksista. Se tekee yhteistyötä muun muassa Euroopan avaruusjärjestön ESA:n sekä CERNin kanssa. Jyväskylää pidetään Helsingin rinnalla Suomen tärkeimpänä fysiikan tutkimuslaitoksena. Itse asiassa Jyväskylän fysiikan laitos on valittu vuosina 2000- 2005 Suomen akatemian huippututkimusyksiköksi.

Kiihdytinlaboratorion kiihdytin syklotroni koostuu n. 320 tonnia painavasta sähkömagneetista ja kahdesta radiolähettimestä. Magneetin napakenkin halkaisija on 2,4 m.

Hiukkassuihku lähtee syklotronista vasemmalle menevää tyhjiöputkea pitkin. Suihku pidetään kasassa voimakkailla magneeteilla. Syklotronissa ionisoidut atomit kiihdytetään hyvin suureen nopeuteen ja sitten törmäytetään joko toiseen atomiin tai ohueen kalvoon. Törmäyksen aiheuttaman energian avulla syntyy ydinreaktiossa erilaisia atomeja, joista vain pieni osa on haluttuja raskaita isotooppeja. Spiraalin muotoista rataa kulkevien varattujen hiukkasten kiihdytys tapahtuu suurtaajuussähkökentän avulla vaiheenkäännöllä, eli kahden portin välinen napaisuus vaihdetaan vastakkaiseksi hiukkasen saapuessa portin kohdalle.

Kiihdytysjännite on maksimissaan 50 kV ja taajuus 10- 21 MHz. Hiukkasten kierrosnopeus voi olla jopa 20 miljoonaa kierrosta sekunnissa ja niiden kulkema kokonaismatka noin 2 km.

Lähde:

http://www.phys.jyu.fi/homepages/heikkinen/syklotroni/esittely.html