Tämä on maailman erikoisin solmu – suomalaistutkijat onnistuivat siinä, mitä on yritetty vuosikymmeniä

Jyväskylän yliopiston kvanttilaskennan professori Mikko Möttönen, 35, on yhdessä Aalto-yliopiston ja yhdysvaltalaisen Amherst Collegen tutkijoiden kanssa saanut aikaan maailman ensimmäiset solmut kvanttiaineessa. Löytö avaa uuden pelikentän kvanttimekaanisten solmujen tutkimukselle ja hyödyntämiselle. Tutkimustulokset on juuri julkaistu fysiikan alan arvostetuimmassa lehdessä Nature Physicsissä.

– Fyysikot ovat esittäneet jo vuosikymmenten ajan teoreettisia ennustuksia siitä, että kvanttikentissä pitäisi voida olla solmuja, mutta kukaan ei ole ennen meitä onnistunut tekemään niitä. Nyt kun olemme todella nähneet näitä kummajaisia, pääsemme viimein tutkimaan niiden erikoisia ominaisuuksia.

Erityisen merkittävää on hänen mukaansa se, että löytö on yhteydessä useisiin tutkimusaloihin, kuten kosmologiaan, fuusioenergiaan ja kvanttitietokoneisiin.

– Suurin saavutus tässä on se perustavanlaatuinen havainto, että olemme saaneet kvanttikentän solmulle ja nähneet, että se on mahdollista. Sitä on yritetty vuosikymmeniä, eli tämä on todella iso löytö – vähän kuin olisi löytänyt uuden hiukkasen. Suoraa sovellusta solmulle en osaa sanoa, mutta se voi inspiroida muita aloja. Hankala sellaista on sanoa Higgsin hiukkasellekaan, vaikka tiedetäänkin, että se on helkutin tärkeä.

Syntyi alle sekunnin tuhannesosassa

Tutkijat tekivät solmun tuomalla sen Bosen–Einsteinin kondensaatin sisään kaasun ulkopuolelta. Bosen–Einsteinin kondensaatti on niin kylmä aineen tila, että systeemi järjestäytyy siinä alimpaan mahdolliseen energiatilaan. Kondensaatti altistettiin magneettikentän nopeille muutoksille, ja tämän seurauksena solmu syntyi alle sekunnin tuhannesosassa.

Arkielämässä solmuja tehdään tavallisesti kaksipäisiin naruihin tai köysiin. Tällainen solmu ei Möttösen mukaan kuitenkaan ole matematiikan määritelmissä topologisesti stabiili, sillä se voidaan avata narua leikkaamatta. Stabiilissa solmussa solmun päät on pakotettu yhteen. Stabiilin solmun paikkaa narussa voidaan siirtää, mutta solmua ei voida avata ilman saksia.

Kvanttisolmut muodostuvat kenttään, jolla on kussakin paikassa tietty suunta. Solmussa oleva kenttä voidaan kuvata lukemattomalla määrällä toisensa läpäiseviä renkaita, joiden kohdalla kentällä on tietty suunta. Suunta on sama yksittäisen renkaan kohdalla, mutta vaihtuu renkaasta toiseen. Näin syntyvä rakenne on topologisesti stabiili, sillä sitä ei voi purkaa rikkomatta renkaita. Toisin sanoen solmua ei voi avata supranesteessä ilman, että samalla tuhotaan kvanttiaineen tila.

– Työmme ei ole päätepiste, vaan alku kvanttisolmujen tarinalle luonnossa. Olisi hienoa nähdä vielä monimutkaisempia kvanttisolmuja, kuten solmuja, joiden ydin on solmussa. Lisäksi olisi tärkeää muodostaa kvanttisolmuja olosuhteissa, joissa kvanttiaineen tila olisi luontaisesti stabiili.

Tämä sisältö on vain tilaajille.

Tilaa Keskisuomalainen verkko 1 kk / 6 €

Tilaa tästä!

Jos olet jo tilaaja, .