Liisi Oterma – priimustohtori ja peto hiomaan

Turku on Suomen tähtitieteen kehto, mutta yliopiston siirryttyä Helsinkiin alkoi tähtitieteen opetus Turussa uudelleen vasta 1924. Yrjö Väisälä käynnisti Turun yliopiston yhteyteen vahvaan havainto-osaamiseen perustuvan tutkimustradition, jonka perinnettä Tuorlan observatorio edelleen kunniakkaasti jatkaa.

Liisi Oterma Australiassa Parkesin observatorioon suuntautuvalla retkellä IAU:n yleiskokouksen yhteydessä 25.8.1973. (Kuva: AIP Emilio Segrè Visual Archives, John Irwin Slide Collection)

Yrjö Väisälän oppilas ja seuraaja Liisi Oterma oli Väisälälle vahva työpari. Oterma aloitti opettajansa kanssa pikkuplaneettajahdin jo ennen valmistumistaan maisteriksi 1938. Pikkuplaneettoja etsittiin kaksoispistemenetelmällä, jossa tähdet näkyivät päällekkäisinä pisteinä, mutta pikkuplaneetat olivat valotusten välillä ehtineet liikkua. Joinakin vuosina suurin osa Turun kansainvälisesti erittäin runsaslukuisista pikkuplaneettahavainnoista oli Oterman tekemiä.

Pikkuplaneettojen lisäksi valokuvalevyille tallentui myös komeettoja. Oterma havaitsi kaikkiaan kolme uutta komeettaa, joista tunnetuin, komeetta Oterma (1942 VII), ilmestyi valokuvaan maaliskuussa 1943. Laskelmat osoittivat, että pörröiseltä näyttävä kohde oli komeetta, jonka rata Auringon ympäri oli yllättävää kylläkin pyöreä. Komeetan kiertoaika oli vain kahdeksan vuotta. Oterma sai selville komeetan liikkuneen ennen vuotta 1937 tavanomaisempaa soikeaa 18 vuoden kiertorataa, kunnes Jupiterin vetovoima oli häirinnyt komeettaa siinä määrin, että se oli joutunut lähes ympyränmuotoiselle radalleen Marsin ja Jupiterin ratojen väliin. Oterma ennusti samanlaisen häiriön palauttavan komeetan soikealle kiertoradalle vuosien 1962-63 tienoilla. Tämä 1957 esitetty ennustus toteutui. Komeetta Oterma herätti aikoinaan suurta kansainvälistä huomiota.

Vuonna 1955 ilmestyneessä väitöskirjassaan Oterma käsitteli kaukoputkien optiikkaa ja niiden optimointia. Väitöskirja hyväksyttiin korkeimmalla arvosanalla. Liisi Otermasta tuli 1955 pidetyn Turun yliopiston promootion priimustohtori ja Suomen ensimmäinen tähtitieteestä väitellyt naistutkija. Seuraavana vuonna Liike- ja virkanaisten kansallisliitto valitsi hänet vuoden naiseksi.

Yrjö Väisälälle Otermasta tuli korvaamaton. Yhteistyössä he valmistivat niin optiikkaa teleskooppeihin kuin kvartsisauvoja maan navan liikkeiden havaitsemiseen. Väisälä kehaisi Oterman olevan ”oikein peto hiomaan”.

Yrjö Väisälä ja Liisi Oterma “tahkoamassa” Kvistabergin tähtitornin korjauslasia Tuorlan tunnelihiomossa 1955. (Kuva: Tuorlan observatorio)

Väisälän kanssa valmistettua optiikkaa päätyi niin koti- kuin ulkomaisiin observatorioihin. He viimeistelivät mm. Uppsalan yliopiston Schmidt-teleskoopin pääpeilin 1957. Tähän tuolloin lajissaan maailman suurimpaan teleskooppiin Väisälä ja Oterma valmistivat myös metrin läpimittaisen korjauslasin. Myöhemmin Oterman aloitteesta hankittiin Tuorlan observatorioon Kööpenhaminan observatorion valmistama 60 cm fotometrinen teleskooppi, joka mahdollisti uudet astrofysikaaliset havainnot Tuorlassa. Optiikka tähänkin teleskooppiin valmistettiin Tuorlassa Oterman johdolla. Samoin hänen johdollaan valmistettiin optiikka myös Tuorlan 70 cm Schmidt-teleskooppiin, joka valmistuttuaan 1980 oli Suomen suurin teleskooppi.

Liisi Oterma menossa tunnelilaboratorioon kvartsimetri kädessään. (Kuva: Tuorlan observatorio)

Tuorlassa valmistetuista havaintolaitteista kannattaa mainita myös vuonna 1960 valmistunut zeniittiputki, joka osoittautui hämmästyttävän tarkaksi ja pitkäikäiseksi. Liisi Otermalle omistetussa ”Maapallo ja avaruus” -juhlakirjassa (Ursa 1984) kerrotaan zeniittiputkella tehtyihin havaintoihin liittyvä anekdootti, joka hyvin kuvaa Oterman tutkijanluonnetta:

”Esimerkkinä prof. Oterman taidosta kerrottakoon, että viimeksi suoritetussa parannuksessa, jolloin havaintoja oli kertynyt jo yli 20 000 kpl, hän tarkisti ne kaikki, poisti virheelliset havainnot, korjaili laskuvirheitä sekä suoritti lopuksi em. havaintojen tasoituksen, jossa virheyhtälöitä oli yli 20 000 ja tuntemattomia yli 200 kpl. Tämä olisi melkoinen urakka tietokoneellakin suoritettavaksi, mutta prof. Oterma laski tämän kaiken käsin apunaan vain pieni pöytälaskukone! Prof. Oterman perustelu menettelylleen oli erikoinen ja ansaitsee myös tulla mainituksi. Hän tarvitsi tulokset nopeasti eikä hänellä ollut aikaa jäädä odottamaan sopivan tietokoneohjelman valmistumista tai havaintojen lävistystä reikäkorteille tietokoneelle luettavaan muotoon. Näiden havaintojen myöhempi kohtalo on sittemmin osoittanut, että prof. Oterman arvio tietokonekäsittelyn nopeudesta oli myös täsmälleen oikea.”

Väisälän seuraajaa valittaessa Liisi Oterma sai kansainvälisten asiantuntijoiden vahvan suosituksen, sillä hänen katsottiin parhaiten kykenevän jatkamaan Yrjö Väisälän aloittamaa työtä. Hänet nimitettiin Turun yliopiston tähtitieteen professorin virkaan 1965. Tutkijana Oterma varmasti oli saamiensa suositusten painoinen, mutta tutkimusresurssien hankkijana ja vaikuttajana hän ei yltänyt opettajansa mittoihin.

Yhdessä asiassa Väisälän oppilas oli kumminkin ylivertainen. Liisi Oterma hallitsi sujuvasti toistakymmentä kieltä, ja hänen tiedetään valinneen urakseen tähtitieteen, koska Turun yliopistossa ei opetettu sanskriittia.

 teksti Eva Isaksson

Kalevi Mursula tutkii avaruusilmastoa

“Aurinkotuulen protonit marssivat kuin preussilainen armeija” Kalevi Mursula kuvailee ja heiluttaa kädellään tahtia. Kalevi on professori Oulun yliopistolla ja hän tutkii avaruusilmastoa. Ala kattaa koko ketjun aina Auringon sisuksista Maan lähiavaruuteen ja ilmakehään asti. Painopiste on pitkän ajan vaihteluilla, vuosista vuosisatoihin. Aurinkotuuli on agentti, joka välittää muutokset Auringon magneettikentän rakenteessa ja aktiivisuudessa planeettainväliseen avaruuteen. Tämä varatuista hiukkasista koostuva jatkuva plasmavirta pakenee Auringosta ja pyyhkäisee planeettojen ohitse aina heliosfäärin reunamille asti.

Kalevi Mursula Meksikossa Teotihuacánissa Auringon temppelin huipulla

Mies joka yhdisti avaruusilmastotutkijat

Avaruusilmastoon liittyvää tutkimusta on tehty jo vuosikymmeniä, mutta porukka oli pitkään hajallaan. “Vielä kaksikymmentä vuotta sitten ei ollut alaan liittyviä kokouksia tai edes omia sessioita isommissa kokouksia” Kalevi kertoo, “Yksi syy tähän on varmasti se, että ala on niin monitieteellinen”. Nyt avaruusilmastotutkijat kokoontuvat säännöllisesti Kalevin koordinoimaan kansainväliseen Space Climate kokoukseen. Ensimmäinen kokous järjestettiin vuonna 2004 Oulussa ja siihen osallistui yli sata tutkijaa. Seuraava kokous on vuonna 2019 Kanadan Quebecissä.  “On ollut mahtavaa nähdä miten ala on laajentunut tieteellisestä marginaalista valtavirraksi reilussa kymmenessä vuodessa” Kalevi summaa tyytyväisenä. Kalevi peräänkuuluttaa myös rohkeutta rahoittajille ja nuorille tutkijoille. Valtavirran ulkopuolella olevista ideoista ja pienen porukan jutuista voi syntyä tulevaisuuden suuria uusia aloja.

Mikä dynamoa hölskyttää?

Kalevi johtaa Suomen Akatemian huippuyksikköä nimeltä ReSoLVE  (Research on Solar Long-term Variability and Effects), joka koostuu viidestä tutkijatiimistä Oulun yliopistossa ja Aalto-yliopistossa. ReSoLVE tarkastelee pääasiassa muutaman sadan vuoden vaihteluita ja Auringon hiljaisille ajanjaksoille tyypillistä poloidaalista magneettikenttää. Kalevi muistuttaa, että Auringon vaikutukset Maan lähiavaruuteen ovat merkittäviä silloinkin, kun  isoja purkauksia ei tapahdu. Auringonpilkkuminimin aikaan Auringon rakennetta dominoi valtavat koronan aukot, joista nopea aurinkotuuli syöksyy heliosfääriin. ReSoLVE selvittää nopean aurinkotuulen aiheuttamia häiriöitä Maan magneettikentässä ja hiukkasympäristössä, sekä niiden vaikutuksia Maan ilmakehään ja ilmastoon. Mielenkiintoinen tulos on se, että aurinkotuulella on osoitettu olevan uusia, Auringon säteilyaktiivisuudesta riippumattomia ilmastovaikutuksia erityisesti pohjoisilla leveysasteilla.

Yhdeksi huippuyksikön pääkysymykseksi Kalevi mainitsee Auringon poikkeuksellisen suuren aktiivisuuden 1900-luvulla. Nyt tämä aktiivisuus on ohitse ja olemme palanneet sata vuotta sitten vallinneeseen rauhallisemman Auringon tilanteeseen.  ”Mikä Auringon dynamoa hölskyttää niin, että saadaan aikaan näin suuria vaihteluita?” kysyy Kalevi. Aktiivisuus Auringon eteläisellä ja pohjoisella puoliskolla ei kehity aina ihan samaan tahtiin. Erossa on kuitenkin löydetty systemaattista käytöstä, jota kuvaamaan Kalevi on lanseerannut termin ”bashful ballerina”. Ujon ballerinan hameen laskostuminen kuvaa Auringon ja heliosfäärin magneettikentän pohjois-eteläsuuntaista epäsymmetriaa. Auringon magneettikentän rakenteen pitkän ajan vaihtelut sekä niiden syiden ja vaikutusten ymmärtäminen on ReSoLVEn päätavoitteita.

Pitkien aikasarjojen haasteet

Avaruusilmaston tutkimuksessa käytettävät pitkät aikasarjat luovat merkittäviä haasteita.  Kalevi mainitsee erityisesti datan homogeenisuuden olevan tärkeää ja teettävän valtavasti työtä. Mittausmenetelmät muuttuvat usein vuosien saatossa, mutta dokumentointi on puutteellista. Yhtenä paraatiesimerkkinä pitkistä aikasarjoista on auringonpilkkuluku. Auringonpilkut kertovat Auringon yleisen aktiivisuuden tasosta ja tutkijat käyttävät niitä ahkerasti, koska teleskooppimittauksiin perustuvaa tietoa on saatavilla 1600-luvulta asti.  Pilkkuluvut päivitettiin muutama vuosi sitten, mutta Kalevi mukaan ennenaikaisesti, sillä muutoksia on vielä tulossa.

Polku avaruusilmastotutkijaksi

Miten Kalevista sitten tuli fyysikko ja avaruusilmastotutkija? Lapsuuden harrastusten perusteella uravalinnaksi olisi voinut veikata vaikkapa muusikkoa. Pikku-Kalevi lauloi, soitti pianoa ja klarinettia ja perusti kavereidensa kanssa menestyksekkään tiernapoikabändin. Teini-iässä musiikkihommat tyssäsivät kuitenkin äänenmurrokseen. Samoihin aikoihin syttyi Kalevin ensimmäinen tieteellinen rakkaus. Hän innostui biologiasta ja tutustui luonnontutkija Carl von Linnen järjestelmään. Nuorta poikaa kiehtoi, miten kasvit ja eläimet voitiin luokitella systemaattisesti ja tieteellisesti.

Yliopistossa Kalevi luki aluksi pääaineena matematiikkaa ennen kuin vaihtoi teoreettiseen fysiikkaan. Tieteellinen ura alkoi hiukkasfyysikkona ja Kalevi tohtoroitui Matts Roosin johtamassa heikkojen vuorovaikutusten tutkimusryhmässä. Väitöstyön kruunasi usean tiedelehden huomio Kalevin ja Francis Halzenin julkaisusta, jossa johdettiin aiempaa paljon alempi yläraja hiukkasukupolvien lukumäärälle vastikään löydetyn Z-bosonin avulla.  Kun Suomi päätti liittyä vuonna 1987 Euroopan avaruusjärjestön liitännäisjäseneksi, avautui monille mahdollisuus siirtyä avaruusfysiikan pariin. Ollessaan ulkomailla nuoren perheensä kanssa Kalevi päätti palata Suomeen ja vaihtaa alaa. Eikä Kalevi ole katunut valintaansa. “Avaruusfysiikka on osoittanut äärimmäisen mielenkiintoiseksi, joustavaksi ja erittäin monipuoliseksi ja tärkeäksi alaksi” hän kehuu. “Erilaisia tutkittavia asioita on hirveästi ja kokeellista tietoa runsaasti ja vapaasti saatavilla. Open data on ollut avaruusfysiikassa käytäntö jo vuosikymmeniä. Kiitokset erityisesti jenkkilään ja alan kansainvälisille yhteistyöorganisaatioille ”.

Avaruusilmastotutkimus alkoi varsin pienestä ilmiöstä. Sodankylän observatorion mittauksista tehtiin jo 1930-luvulla merkittävä löytö. Observatorion silloinen johtaja Eyvind Sucksdorff havaitsi ensimmäisenä nopeita pulsaatioita magnetometridatoissa. Nämä ”helmiäiset” ovat seurausta sähkömagneettisista EMIC-aalloista, jotka liittyvät epästabiilin plasman palautumiseen. Kalevi matkusti vuonna 1990 prof. Jorma Kankaan ja Tapani Pikkaraisen kanssa Sodankylään tutkimaan vanhoja mittauskääröjä. Vierailun tuloksena syntyi Kalevin ensimmäinen avaruusilmastopaperi. Artikkelissa tutkittiin ”helmiäisten” esiintymistä yli 50 vuoden ajan ja havaittiin niiden voimakas vaihtelu auringonpilkkusyklin suhteen vastakkaisessa vaiheessa. Nyt Kalevilla on noin 250 vertaisarvioitua artikkelia, joihin on viitattu n.  8000 kertaa. H-indeksi on pienelle alalle komeat 45.

Ylhäällä näkyy noin sekunnin luokkaa olevia mikropulsaatiohelmiäisiä Sodankylän observatorion vanhoissa magneettikentän mittauksissa. Alhaalla olevat nuolet ovat seurausta salamoista. (Lähde: Mursula, Kangas and Pikkarainen, Journal of Geophysical Research, 1991)

Tulevaisuuden näkymiä

 Avaruusilmastotutkimuksessa on Kalevin mukaan vielä runsaasti tehtävää. Analyysimenetelmät ja mallit tarkentuvat ja vanhoja mittauksia ja tuloksia voidaan myös tulkita uudelleen uusien mittauksien avulla. Auringon aktiivisuuden vaihteluiden tilastollista ennustamista tullaan parantamaan ja pidentämään ainakin muutamaan vuoteen. Tämä edistäisi merkittävästi avaruussään ennustamista yhdistettynä havaintoihin perustuvaan lähes reaaliaikaiseen ennustamiseen. Kalevi uskoo myös, että Auringon magneettikentän ja dynamon toiminnan ymmärtämisessä tehdään tulevaisuudessa merkittäviä harppauksia. Hän muistuttaa kuitenkin, ettei tämä tarkoita sitä, että aktiivisuutta voitaisiin ennustaa useiden syklien yli. On mahdollista, ettei systeemillä ole kovin pitkää muistia. Auringon aktiivisuuden ilmastovaikutuksien tutkimisessa on paljon avoimia kysymyksiä. Mikään helppo tehtävä tämä ei ole. Ilmasto on monimutkainen ja kytketty järjestelmä, ja Auringon säteilyn ja aurinkotuulen vaikutukset vaihtelevat todennäköisesti olosuhteista ja alueesta riippuen. IPCC-raportit eivät ole vielä ottaneet huomioon vastikään havaittuja aurinkotuulen vaikutuksia, esimerkiksi Maata ympäröivistä säteilyvöistä ionosfääriin satavia energeettisiä hiukkasia, joiden tiedetään vaikuttavan yläilmakehän kemiallisiin reaktioihin ja pohjoisten alueiden talvi-ilmastoon. Uusimmissa ilmastomalleissa tämä vaikutus jo otetaan huomioon ja seuraava IPCC-raportti sisältänee ensimmäisen arvion tästä mekanismista.

Kalevi haluaa painottaa vielä lopuksi, että kokee olevansa erittäin kiitollinen saatuaan tehdä uransa tieteen parissa. Huippuyksikkö on mahdollistanut enstistä useamman tutkimusidean toteuttamisen ja testaamisen. “Tutkimusideoiden ja -kohteiden määrä ei lopu tutkimalla, vaan kasvaa entisestään. Niinpä tekemättömänkin työn määrä sen kuin kasvaa, kun ideoita tulee lisää ja lisää” Kalevi toteaa. ”Tutkimalla pystymme näkemään laajemmin kuin aiemmin, mutta emme koskaan näe rantaa. Emme koskaan pääse perille”.

Teksti: Emilia Kilpua

 

 

 

Kalle Vähä-Heikkilä – Vuoden matemaattisten aineiden opettaja 2017

Mitä opettaja voi tarjota opiskelijoilleen? Tämän kysymyksen äärelle tuntuu Huittisissa sijaitsevan Lauttakylän lukion fysiikanopettaja Kalle Vähä-Heikkilä palaavan.

Kysyessään entisiltä oppilailtaan, mitä fysiikan tunneilta lopulta jäi käteen, vastaavat Kallen opiskelijat yleensä, että opettaja on auttanut “löytämään fysiikan”. Kun opetus on kohdallaan, fysiikka muuttuu kouluaineesta aidoksi tieteenalaksi ja syvällinen kiinnostus pääsee heräämään. Innostusta ei kuitenkaan saa aikaan, ellei itse ole innostunut. “Sun täytyy uskoa siihen mitä opetat, olla koko ajan kiinnostunut niin uusista löydöistä kuin tutustakin kurssisisällöstä,” Kalle toteaa, ja jatkaa: “Sata lasissa joka päivä.”

Lauttakylän lukio onkin erityisen ansioitunut opinahjo: opiskelijoiden ylioppilasarvosanoja vertaillessa Huittisten pieni ihme erottuu selvästi edukseen. Monet tulevat Huittisten lukioon kauempaakin. Pienessä lukiossa on ihanteelliset olosuhteet opettamiselle ja oppimiselle: opiskelijaryhmä pysyy pitkälti samana, ja jos tärkeää asiaa ei ehditä kurssilla käsitellä, voidaan seuraava kurssi aloittaa siitä, mihin jäätiin. ”Käsitteet täytyy oppia, se ei muutu”, Kalle korostaa.

Opettajan omakin suhde fysiikkaan elää ajassa. Jatko-opintojen aikana Kalle alkoi hahmottaa fysiikan selkeämmin käsitteiden kautta. “Silloin aukeni, että millaista fysiikan opetuksen pitäisi olla”, Kalle kertoo. Maaillma oli näyttäytynyt Kallelle jo pienestä pitäen fysikaalisena, ja kun luonnon ja arjen ilmiöitä pääsi tutkimaan kokeellisesti, oli kutsumus löytynyt. Nyt Kalle Vähä-Heikkilän erikoisosaamisaluetta onkin kokeellisuuteen ja demonstraatioihin perustuva opetus. Miltei jokaiselle oppitunnille löytyy oikea demo, ja jos sellaista ei heti ole, se keksitään.

Kalle esittelee sateenvarjosta rakennettua demovälinettä, jonka avulla voi määrittää maapallon magneettikentän voimakkuuden.

Kalle ihmettelee, miten jotkut luulevat opettajan työn olevan saman toistoa. Päin vastoin: parhaita puolia opettajan työssä on nimenomaan vaihtelevuus ja mahdollisuus auttaa nuoria kehittämään taitojaan. ”En ole katunut. Kyllä tämä on maailman paras ammatti. Huonot päivät kahdentoista vuoden ajalta voi laskea yhden käden sormilla, ja nekin on enemmän johtuneet itsestä.”

Uran edetessä Kalle on alkanut saada kiitosta myös opettajakollegoilta. Tänä vuonna matemaattisten aineiden opettajien liitto MAOL valitsi Vähä-Heikkilän vuoden matemaattisten aineiden opettajaksi. Palkinto myönnettiin “kentällä tehdystä työstä” viitaten eritoten Kallen suuren suosion saavuttaneisiin täydennyskoulutuksiin. “Kokeilin vetää MAOLin paikalliskerhoille koulutuksia kokeista ja demonstraatioista. Pidin huolta, että mukana oli ainakin yksi demo, jota kukaan opettaja ei ollut nähnyt.” Palaute oli erittäin positiivista, joten Kalle jatkoi osaamisensa jakamista. “Ei se niin mene, että jos minä pidän ideani itselläni niin olisin jotenkin parempi opettaja”, Kalle ajattelee. “Jos minä tiedän jotain, niin siitä on tärkeää jakaa muille. Siinä saa samalla palautetta ja oma ammattitaito kehittyy edelleen.”

Lisätietoja Kallen opetusmenetelmistä saat seuraamalla MAOLin Dimensio-lehteä, johon Kalle kirjoittaa mm. fysiikan demonstraatioista ja fysiikanopetuksesta yleisesti.

Teksti: Tapio Rasa

 

Ville Telkki mullistaa NMR-spektroskopiaa

Oulun yliopiston käytävät ovat toivottoman sokkeloisia. Pienen etsimisen jälkeen löydän kuitenkin kyltin, joka ohjaa NMR spektroskopian yksikköön. Täällä tehdään huippututkimusta alan kansainvälisessä kärjessä. Otin muutama viikko sitten yhteyttä Ville Telkkiin. Hän on akatemiantutkija ja johtaa kokeellista NMR-tiimiä. Haastattelu ajoittui oikein sopivasti, sillä Ville oli juuri kuullut saaneensa Euroopan tutkimusneuvoston kahden ja puolen miljoonan euron apurahan.

NMR tulee sanoista Nuclear Magnetic Resonance ja tarkoittaa siis ydinmagneettista resonanssia. NMR spektroskopian kehittivät toisistaan riippumatta 1940-luvun lopulla Edward Purcelin ryhmä Harvardin yliopistolla ja Felix Blochin ryhmä Stanfordin yliopistolla. Sekä Purcel ja Bloch saivat keksinnöstään vuonna 1952 fysiikan Nobelin palkinnon ja NMR tekniikan sovellutukset ovat poikineet myös kemian ja lääketieteen Nobeleita. Kyseessä on erityinen mittausmenetelmä, jolla on sovellutuksia aina lääketieteen saralta auton katalysaattoreiden filttereihin.

Ville työhuoneessaan Oulun yliopistolla.

Magneettisia hyrriä 

Pyysin aluksi Villeä kuvailemaan, mitä NRM-spektroskopiassa oikein tapahtuu. Menetelmä pohjautuu atomiytimen spinien muutoksiin ulkoisessa magneettikentässä. Atomiytimellä, joka koostuu parittomasta määrästä protoneja ja neutroneja, on nollasta poikkeava ”ydinspin” ja siihen liittyvät sisäinen impulssimomentti ja magneettinen dipolimomentti.  Klassisena analogiana atomiytimet voidaan ajatella pieninä magneettisina hyrrinä. Spin-impulssimomentti  ei voi saada mitä arvoja tahansa vaan se on kvantittunut.

Jos ulkoista magneettikenttää ei ole ydinspinit osoittavat satunnaisiin suuntiin. Voimakas ulkoinen kenttä taasen järjestää spinit ja kiertää ytimien pyörimisakselia. Pikkuhyrrien energia riippuu siitä miten ne ovat suuntautuneet  magneettikentässä ja se on myös kvanttittunut suure.  Lämpöliikkeestä johtuen läheskään kaikki spinit eivät kuitenkaan järjestäydy magneettikentän määrämällä tavalla. NMR-tekniikka vaatii siis hyvin voimakkaita magneetteja.

Järjestäytyneitä ytimiä häiritään radiopulssilla. Jos pulssin taajuus on sopiva ydin absorboi fotonin, kääntyy ja siirtyy korkeammalle energiatilalle.   Häirityt magneettiset pikkuhyrrät indusoivat virran näytettä ympäröivään kelaan, josta signaali lopulta mitataan.

Aivotutkimusta ja arkeologiaa

Mikä tekee NMR-spektroskopiasta niin loistavan menetelmän? Ville kertoo, että tekniikalla saadaan erittäin tarkkaa tietoa aineen avaruudellisesta rakenteesta, miten molekyylit virtaavat ja käyttäytyvät. ”Tärkeää on, ettei NMR-mittauksissa rikota näytettä. Lisäksi tutkimukset tehdään yleensä nesteessä, mikä on monissa sovellutuksissa se aineen luonnollinen olotila.”

NMR-spektroskopian käytännön sovellukset ovat valtaisat. Se on keskeinen materiaalifysiikan tutkimusmenetelmä ja sitä hyödynnetään myös biologian ja arkeologian tutkimuksessa.  Tekniikalla voidaan esimerkiksi havainnoida miten kaasut absorboituvat huokoisissa materiaaleissa. Lääketieteen sovellutuksista Ville mainitsee magneettikuvauksen ja syöpäsolujen aineenvaihdunnan. ”Voidaan sanoa, että NMR menetelmä on mullistanut neurologian ja aivotutkimuksen.”

Kemian ja fysiikan välimaastossa

Ala on kiehtova sekoitus fysiikkaa ja kemiaa. Ville kertoo, että hän julkaisee tuloksensa aina fysikaalisen kemian tai kemian lehdissä. Tiimissä lähes kaikilla on kuitenkin fyysikon koulutus. Tietoa tarvitaan molemmilta aloilta, mutta analyysimenetelmien kehitys perustuu fysikaaliseen ymmärtämiseen. ”Pohjimmaltaan NMR perustuu kvanttimekaniikkaan”, Ville muistuttaa. “Lisäksi ala vaatii vahvaa matemaattista osaamista.”

Menestyksen salaisuus perinteissä

Oululaisryhmän menestys kumpuaa Villen mukaan pitkistä perinteistä. Pääroolia tässä on näytellyt viitisen vuotta sitten eläkkeelle jäänyt professori Jukka Jokisaari. Jukka oli myös Villen ohjaaja ja hänen työnsä tuloksena ryhmän käyttöön on saatu kattava laboratorio. ”Mutta toisaalta on tärkeää myös uudistua” Ville muistuttaa. ”Uusi sukupolvi on hyödyntänyt tradition ja kehittänyt sen pohjalle omia juttujaan”.

Toiseksi merkittäväksi tekijäksi Ville mainitsee teoreettisen ja kokeellisen tutkimuksen vuorovaikutuksen. Villen ryhmän vierestä löytyy professori Juha Vaaran vetämä NMR-tutkimuksen teoriaryhmä. ”Naapurihuoneesta löytyy kovia alan asiantuntijoita. Aina voi mennä juttelemaan ja kysymään neuvoa.”

Ville esittelee Oulun laboratorion NMR-mittauslaitteistoa. Magneetin voimakkuus on 14.1 Teslaa. Suprajohdemagneetti jäähdytetään nestemäisellä heliumilla.

Alalle sattumalta

 Alalle Ville ajautui sattumalta. Hän opiskeli Oulun yliopistolla fysiikkaa ja matematiikka, mutta selkeää suunnitelmaa tulevaisuudelle ei ollut. Ville pärjäsi hyvin opinnoissaan, mutta motivaatio oli hieman kateissa. Kevättalvella 1999 hän törmäsi yliopiston käytävällä pariin opiskelukaveriin, jotka olivat matkalla keskustelemaan kesätöistä Jukka Jokisaaren kanssa ja lyöttäytyi mukaan. Ville oli porukasta ainoa, joka lopulta sai töitä. Tutkimustyö imaisi nopeasti mukaansa ja opinnotkin alkoivat taas innostaa.

NMR tutkimus on pitänyt Villen otteessaan kesätöistä lähtien. Hän väitteli vuonna 2006 ja vietti sen jälkeen puolitoista vuotta tutkijatohtorina Berkeleyn yliopistolla. Siellä tutkimus keskittyi kaasujen virtausten kuvaamiseen NMR:n etähavaisemismenetelmällä.

Uraauurtavia menetelmiä

Uudella miljoonarahoituksellaan Ville aikoo tehdä läpimurtoja NMR tutkimuksen saralla. Tavoitteena on luoda kokonaan uusi NMR menetelmien luokka. Tämä on hyvin harvinaista jo pitkään vakiintuneella alalla.

Perinteisessä moniulotteisessa NMR kokeessa mittauksia toistetaan jopa satoja kertoja ja havaintoajat ovat pitkiä. Vuonna 2010 Israelissa Weizmannin tiedeinstituutissa kehitettiin Lucio Frydmannin johdolla ultranopea NMR menetelmä. Tällä menetelmällä mittaus voidaan suorittaa vain yhdellä skannauksella.

Villen ERC-projektin ydinajatuksena on kasvattaa yhtä aikaa sekä havaintojen nopeutta että herkkyyttä moninkertaisiksi. Näin voidaan tutkia hyvin matalapitoisia näytteitä ja nopeita prosesseja. Tekniikan nimi on ultrafast Laplace NMR. Laplace NMR tarjoaa yksityiskohtaista tietoa molekyylien liikkeestä relaksaatio- ja diffuusiomittausten kautta. ”Sovellan avaruudellista koodaamista moniulotteisten Laplace NMR mittausten tekemiseen yhdellä skannauksella.”

Tulevaisuuden nousevaksi trendiksi Ville mainitsee kompaktit NMR laitteet. Niillä ei pysty tekemään yhtä tarkkoja mittauksia kuin isoilla laitteilla, mutta ne ovat huomattavasti edullisempia.  Herkkyys on sitä parempi mitä voimakkaampi ulkoinen magneettikenttä on kyseessä. Voimakkaat magneetit ovat vain hirmuisen kalliita, jopa kymmeniä miljoonia euroa. Maailmalla on Villen mukaan useita yrityksiä jotka satsaavat nimenomaan ”pöytä-NMR” laitteiden kehittämiseen. Teollisuussovellutuksina näissä on valtavasti kasvun varaa.  ”Yksi ERC-tutkimukseni sovelluskohteista ovatkin juuri nämä pienet NMR laitteet”.

Oululaiselle NMR-spektroskopian tutkimuksen menestykselle on siis tulossa jatkoa. Onnittelut vielä Villelle ERC-rahoituksesta!

Teksti: Emilia Kilpua

Oulun yliopiston NMR ryhmän sivut

Oulun yliopiston tiedote Villen ERC rahoituksesta

Venus Keus, unveiling the world behind the equations to explain the evolution of the Universe

The history of humanity through the centuries and millennia has often been characterised by one central question: how did everything come to being? We have, for example, many documents from ancient Greece written by philosophers that spent their life looking for the ἀρχή (arche), that translates to “beginning”, “origin”, “source”. Science and technology have answered many questions since then, and thanks to them we have formulated many theories, but a number of questions still remain unanswered. For example, what happened during the early evolution of the Universe, that is, a few seconds after the Big Bang? We do not have direct access to this information, but we do have some observational signatures of what might have happened. Early Universe Cosmology is a field that aims at finding theories for the early stages of the Universe through studying these signatures. These theories, then, would have to agree with what we see today. The Higgs boson, for example, was a significant particle back then (it is a heavy and unstable particle that has decayed already) that had an important impact on the Early Universe. The Standard Model of Particle Physics aims at describing the Universe as we see it today, but we know that it is an incomplete model, since it cannot explain several phenomena that we do observe (dark matter, the accelerated expansion of the Universe, baryon asymmetry, etc.).

The cosmic microwave background (CMB) at different resolutions. The CMB is a uniform and faint thermal background radiation due to the Big Bang. It is also known as “relic radiation”. (Picture: Cobe, WMAP, Planck)

Venus Keus is a postdoctoral researcher in Particle Physics at the University of Helsinki. As a child, she was always very curious about the world around her. “I wasn’t satisfied with knowing how a bicycle worked. I wanted to know WHY it worked the way it did!”, says Venus. She had many different interests, but science fascinated her the most. She realised in high school that physics was what she wanted to pursue as it dealt with the reason behind different phenomena. “I wanted to know everything about everything, which sounds quite silly now – jokes Venus – and physics was the field that was going to give me answers about how and why things worked”. However, she realised the chances of doing research in physics in her home country, Iran, were quite slim as the country doesn’t invest in research in fundamental physics. So, after receiving her Bachelor’s degree in Physics from the Amirkabir University of Technology in Tehran, Iran, she decided to move abroad.              

Venus Keus in her office in Physicum, Kumpula Campus, University of Helsinki. (Picture: Erika Palmerio)

She got a scholarship to study Bionanotechnology at the Delft University of Technology in the Netherlands. As exciting as it was to work at the interface of biology and physics, it was not what fed Venus’ curiosity. She wanted to go deeper to understand why these little particles and molecules behave the way they did. After getting her first Master’s degree from TU Delft, she moved to Sweden, this time for another Master’s program in Nanoscience at the Chalmers University of Technology in Gothenburg. “I enjoyed this programme more, where I worked on transportation properties of graphene and nano-ribbons”, says Venus. Finally, after getting her second Master’s degree, she knew what she wanted to do for life: particle physics.

Venus got a PhD position in Particle Physics at the University of Liège in Wallonia, Belgium. The position was for six years, but she ended up finishing her doctoral studies in three years. “It was an intense period, especially because I had jumped into a completely new mathematically challenging filed. There were times when all I could see were equations with no clear connection to the real world!”, Venus explains. Towards the end of her PhD, she moved to the UK as a visiting fellow at the University of Southampton. The research environment she found there was great and she believes it was during that time she started to understand the physics of particles at a deeper level. When asked when she started to “see the world behind the equations”, she says: “It is not something that happens overnight. It is a continuous process that happens little by little. Having a PhD in physics gives you the confidence to believe that you understand what is going on and that you can make a contribution. Going to conferences, seminars, and workshops is very helpful because you hear about new models or even similar theories but from different perspectives, which helps you put a general picture together.”. Moreover, Venus believes that one should never think “I’m too old to learn something new”. She still goes to lectures and basic level seminars on the chance of learning new subjects and new perspectives.

Venus Keus’ academic journey. She moved from Iran to Finland through several other countries. “Google tells me this journey should have taken me 125 hours, but it took me a lot longer than that”, she says laughing. (Picture: Venus Keus)

Finally, Venus came to the University of Helsinki for her first official post-doc. Finland was not actually a planned destination. As Venus explains, particle physics is a very competitive field with not many job openings and one cannot be very picky with where to go. She confesses that she knew very little about Finland before accepting the job offer in 2014, but she was very pleasantly surprised and welcomed into the research community in Helsinki. “I cannot deny that it was a bit of a shock to come here for the first time in April – jokes Venus – and see the frozen sea from the plane!”. However, adapting to life in Helsinki was no struggle and even though she came to Finland not knowing what to expect, Helsinki is her most favourite place to both live and work.

Venus works on Particle Physics and Early Universe Cosmology, trying to come up with theories to explain the evolution of the Universe, to match with observational data and to find unique experimental signatures so these models could be confirmed or ruled out one day. “I feel very lucky to be doing what I love for a living. It doesn’t pay much or leave me much free time but I really enjoy it”.

Text: Erika Palmerio

Keijo Kajantie – hiukkasfysiikan suomalainen suurmies

Lähes 200 tieteellistä artikkelia teoreettisen hiukkasfysiikan alalta kuuden eri vuosikymmenen aikana. Reilusti toistakymmentä tuhatta sitaattia ja h-indeksi huimat 56. Lukuisia kansainvälisesti merkittäviä virstanpylvästuloksia, jotka ovat edistäneet niin vahvan ydinvoiman kuin sähköisheikon vuorovaikutuksen ymmärrystä valtavasti. Parikymmentä väitellyttä opiskelijaa, joista seitsemän professoreina eri yliopistoissa Suomessa ja maailmalla, ja useat muut johtavissa asemissa merkittävissä suomalaisyrityksissä aina Nokiasta Supercelliin. Teoreettisen fysiikan emeritusprofessori Keijo Kajantien ansioluettelo on täysin ainutlaatuinen suomalaisten hiukkasfyysikkojen keskuudessa, eikä koko fysiikan alaltakaan taida montaa kilpailijaa löytyä.

Kunnianhimoisen tutkijan ja opettajan lisäksi Keijosta löytyy monta hieman yllättävämpääkin puolta. Kuten vaikkapa ylpeä vanha Norssi, jonka lempiharrastus koulussa oli piilottaa kuolleita rottia luokkatovereiden pulpetteihin. Tai innokas vuorikiipeilijä, joka CERN:ssä viettämiensä vuosien aikana ehti koluta läpi kaikki lähitienoon vuoret – mukaan lukien erityisesti Jura-vuoristoon kuuluvan Le Reculetin, jonka Keijo on dokumentoidusti valloittanut yli 100 kertaa. Opiskelijoille sekä kollegoille on lisäksi tullut varsin selväksi se, että on tasan kaksi urheilulajia, joita itseään kunnioittava teoreetikko voi hyvällä omallatunnolla seurata: sumopaini sekä kilpapyöräily.

Työhuoneen taululla (liitutaulu sen olla pitää, taulu tuli Kumpulaan
muutossa Siltavuorenpenkereeltä) olevaa QCD-plasman parametriä
laskettiin kolme vuotta. Kun laskettiin yhteen miljoona 10-dimensionaalista integraalia jäi jäljelle 43/32-491 pi^2/6144.

Keijosta ja hänen urastaan riittäisi kerrottavaa vaikka kokonaisen juttusarjan verran – ja varsin herkullisia anekdootteja löytyykin, esimerkiksi Keijon 60-vuotisjuhlan kunniaksi vuonna 2000 julkaistusta festschrift-kirjasta. Seuraavassa annamme kuitenkin puheenvuoron Keijolle itselleen pyytäen häneltä vastauksia muutamaan hänen uraansa ja tieteenalaansa koskettavaan kysymykseen:

Kuinka päädyit fyysikoksi – ja miksi nimenomaan teoreettiseen hiukkasfysiikkaan?

Keijo: Isäni oli ensimmäisen ja äitini toisen polven koulutettu, isä pikkukauppiaan poika Laatokan Karjalasta ja äiti kansakoulunopettajan tytär Koivistolta Viipurin läheltä. Isä valmistui matematiikan maisteriksi 30-luvun alussa ja työskenteli Suomen Pankissa. Olin koulussa nykykielellä “kympin tyttö” ja oli aina päivänselvää, että lähtisin opiskelemaan matematiikkaa, olihan Porthaniaankin vain kilometrin matka. Menin sotaväkeen 17-vuotiaana ja lueskelin vapaa-aikoinani Myrbergin Differentiaalilaskennan oppikirjaa ja Heiskasen tähtitiedettä. Polku oli siis valmiiksi viitoitettu enkä koskaan joutunut valitsemaan Teknillistä fysiikkaa “kun sinne on niin vaikea päästä”.

Tähtitieteen professori Gustaf Järnefelt palkkasi minut sitten 1960 Observatorion amanuenssiksi, hänellä oli hieman erikoinen usko siitä, että jos on hyvä matematiikassa, sopii myös tähtitieteilijäksi. Tässä vaiheessa en kyllä tiennyt yhtään siitä mitä ryhtyisin tekemään isona. Sitten tuli sattuma peliin.

Helsingin Yliopistoon perustettiin ydinfysiikan professuuri ja siihen nimitettiin Turusta K. V. Laurikainen. Kun nykyään Fysiikan tutkimuslaitoksen kahvijono etenee hiljakseen, sopisi jonossa seisovien katsoa kunnioittaen seinällä riippuvaa Laurikaisen valokuvaa ja tiedostaa, että tuota tyyppiä saamme kiittää tästä laitoksesta – ja monesta muustakin tieteen rakenteesta. Laurikainen osti minut laitokseensa järjestämällä rahoituksen ja passittamalla minut Lundiin tekemään väitöskirjaa kvanttielektrodynamiikasta Gunnar Källènin johdolla.

Alan valintaan ei kyllä suoranaisesti vaikuttanut raha tai Laurikainen vaan ongelma: mitä ihmettä olivat ne lukuisat hituset, joita havaittiin hiukkaskokeissa? Elettiin standardimallin genesiksen aikaa: oli suuri määrä yksityiskohtaista dataa eikä mitään ymmärrystä siitä. Harharetkiä tehtiin, erehdyin mukaan Chew’n bootstrap-mallin opiskeluun. Hämärältä se kyllä tuntui, enkä ymmärtänyt asiasta mitään, ja vielä vähemmän ymmärsivät lisensiaattityöni tarkastajat. Eihän silloin voinut epäillä tai vielä vähemmän julkisesti sanoa, että tyhjästä on paha nyhjäistä. Kymmenessä vuodessa selvisi, että tarvittiin kvarkkien symmetriat ja kenttäteoreettinen dynamiikka. Silloin olin jo täyttä vauhtia mukana tässä teoriassa.

Mitä merkkipaaluja haluaisit nostaa esiin omalta uraltasi – tai yleisemmin niistä fysiikan kehityskuluista, joihin olet ollut vaikuttamassa?

Keijo: Olen kiertänyt läpi koko joukon hitufysiikan nurkkia ja reunoja: vahvojen vuorovaikutusten dynamiikka Reggen navoilla, duaalimallit, QCD jettifysiikassa, kvarkkiaine, hiukkaskosmologia, sähköisheikko aine, säieteoria, AdS/CFT-holografia ja yleinen suhteellisuusteoria.

Kvarkkiaineen osalta olin mukana alusta alkaen, 1970-luvun lopusta, oikeaan aikaan oikeassa paikassa. Ideahan oli aivan ilmeinen kvanttikromodynamiikan synnyttyä: kun pamautetaan yhteen pari isoa ydintä, on satavarmaa, että muodostuu kvarkkigluoniplasmaa, aineen uutta faasia. Erinomainen mahdollisuus kehitellä uusia teoreettisia ideoita sekä ehdottaa uusia kokeita. Ala oli aluksi pieni, mutta mielestäni oli parempi olla 10 parhaan joukossa 100 hengen alalla kuin 100 parhaan joukossa 1000 hengen alalla. Kehitys on ollutkin mahtavaa, kvarkkiplasman tutkimus on nykyään ihan oma fysiikan haaransa. Jopa CERNin LHC:n isot kokeet Atlas ja CMS ovat joutuneet myöntämään, että tässähän on paljon mitattavaa mielenkiintoista fysiikkaa.

Nykyhetkenä en pysty sanomaan yhtään tällaista neitseellistä tutkimatonta aluetta jonne myös on realistiset mahdollisuudet tunkeutua. Planckin skaalalle on pitkä tuntematon matka, mutta eihän sinne oikein kunnolla pääse. Jostain kyllä löytyy uusi mittausmenetelmä, jolla saadaan aukko tuntemattomuuden muuriin, ja taas edistytään.

Miltä (teoreettisen) hiukkasfysiikan nykytila ja tulevaisuus näyttävät 60 vuoden perspektiivistä: mihin olemme menossa ja mihin alalla kannattaisi panostaa?

Keijo: Nyt on hieno aika aloittaa hiukkasfyysikkona. Standardimallihan oli valmis noin 1975 ja viimeiset 40 vuotta on mennyt sen kokeelliseen todentamiseen ja detaljien viilaukseen. Nyt on uusien perimmäisten kysymysten vuoro ja jos on oikein optimisti voi toivoa, että edessä olisi samanlainen edistyskausi kuin 20-luvulla kvanttimekaniikan ja 70-luvulla standardimallin syntyessä. Voisiko toivoa 50 vuoden jaksoa?

Kysymyksiä riittää. Mistä tämä standardimalli, mistä parinkymmenen standardimallin parametrien arvot, mitä neutriinot ovat, mitä on pimeä aine ja energia, mistä T-invarianssin rikko, mistä baryoniluku, miten yhdistää kvanttimekaniikka ja gravitaatio, mitä on musta aukko, mistä on peräisi universumin rakenne.

Säieteoreetikot kyllä uskovat, että nämä ongelmat on jo ratkaistu säieteorialla, emme vaan pysty lokalisoimaan oikeaa ratkaisua säieteorian 10^250000 ratkaisun joukosta. Ja nämä muut ratkaisut elävät muissa universumeissa joissa emme ole niitä katsomassa. Hieno rakenne tämä onkin, mutten voi uskoa, että lopullinen luonnon pienten etäisyyksien dynamiikka saadaan ottamalla säikeitä konsistentisti kvantisoituina 10-dimensionaalisessa superavaruudessa. Uskontojen taistelu. Minä uskon siihen, että kun osataan paikata standardimalli oikeakätisillä neutriinoilla, ollaan tehty tosi pitkä loikka.

Ongelma vaan on, että nämä ovat niin vaikeita kysymyksiä, että on aika riskaabelia keskittyä yhteen niistä – pitää edetä vähän kerrallaan, ja rakentaa sen päälle mitä on ennen tehnyt. Itse asiassa tilanne Helsingissä nyt 2017 on varsin hyvä, useita lupaavia tutkimussuuntia on käynnistetty. Hallinnollinen rakenne on paras mahdollinen: tähtitiede, astrofysiikka, kosmologia, hiukkasfysiikka (teoreettinen ja kokeellinen), muodostavat yhtenäisen kokonaisuuden. Resurssit eivät ole riittäneet kuuman kvarkkiaineen tutkimukseen, mutta sehän kukoistaa Kari J. Eskolan ja Tuomas Lapin huomassa Jyväskylässä. Helsingissä on muutettu suuntaa kohti kylmää kvarkkiainetta.

Resursseja siis on, mutta panostus tähän tutkimukseen hyödyttää kansainvälistä tutkimuksen kenttää eikä Suomea. Sinänsä hyvä näin. Parhaimmistoa ostetaan professoreiksi ulkomaisiin huippuyliopistoihin: Jorma Louko (Nottingham), Mikko Laine (Bern), Arttu Rajantie (Imperial College), Aleksi Kurkela (Stavanger) toisivat huipputason lisän toimintaan myös Suomessa. Aleksi Vuorinenkin olisi päätynyt Bielefeldiin ellei häntä olisi viime hetkellä pelastettu Helsinkiin.

Minulle on sanottu, että Suomi menestyy kansainvälisessä kilpailussa vain, jos palkataan professoreja ulkomailta. Tämä nyt ei ollenkaan päde hiukkasfysiikan ja lähitieteiden alalla. Meillä on useita luokkaa 10 vuotta sitten väitelleitä tieto- ja idearikkaita tutkijoita joilla ei vielä ole pysyvää paikkaa. Sikäli kun resursseja riittää, pitäisi keskittyä näiden tukemiseen. Jossain kohtaa, ja pian koska edellisestä on jo 50 vuotta, tulee seuraava uusi suuri edistysaskel ja Suomessa pitää olla ihmisiä jotka osallistuvat tähän vallankumoukseen.

Teksti: Aleksi Vuorinen

 

Tommi Tenkanen, nuori kosmologian tutkija ja yhteiskunnallinen vaikuttaja

Kosmologiset havainnot ovat osoittaneet fyysikoille, että näkyvä aine vastaa ainoastaan viittä prosenttia koko maailmankaikkeuden aineesta ja energiasta. Niin sanottua pimeää ainetta on yli viisi kertaa niin paljon kuin meille arkipäiväistä rautaa, heliumia, hiiltä ja muita alkuaineita. Loput noin 70 % on pimeää energiaa. Yksikään tutkija ei osaa varmasti vastata kysymykseen, mitä pimeä aine on. Tiedetään kuitenkin, että se ei juurikaan vaikuta sähkömagneettisen säteilyn kanssa, mikä tekee sen havaitsemisesta haastavaa.

Pimeään aineeseen palataan vielä alempana. Siirrytään ensin kuitenkin Kaakkois-Suomeen, Miehikkälän kuntaan ja 2000-luvun alkuun. Teini-ikäinen Tommi Tenkanen lukee Kari Enqvistin ja Esko Valtaojan teoksia. Vaikuttava kokemus nuorelle Tommille on myös Jostein Gaarderin filosofiasta kertova romaani Sofian maailma. Filosofian opinnot kiinnostavat, mutta niin kiinnostavat myös tähdet ja maailmankaikkeus. Lopulta tähtitaivaan synkkä kutsu on voimakkaampi ja Tommi hakee lukion jälkeen opiskelemaan fysiikkaa Helsingin yliopistoon. “Fysiikka mahdollistaa ongelmien käsittelylle sellaisen yksikäsitteisyyden, tarkkuuden ja ennustusvoiman, jota en kokenut filosofialla olevan”, Tommi perustelee nyt valintaansa.

Tommi Tenkanen tutkii pimeää ainetta

Vaikka opintoihin kuuluva kandidaatintutkielma käsitteleekin ilmakehän massaspektrometriaan liittyviä epävarmuuksia, Tommin lopullisena tavoitteena on syventyä joko atomiakin pienempiin hiukkasiin tai päinvastoin tutkimaan koko maailmankaikkeuden rakennetta. Lopullinen päätös syntyy kolmannen opiskeluvuoden jälkeen CERN-tutkimuskeskuksessa kokeellisen hiukkasfysiikan tutkimuksen parissa vietetyn kesän jälkeen, ja Tommi päättää suuntautua kosmologiaan eli maailmankaikkeuden rakennetta ja kehitystä tutkivaan fysiikan haaraan.

Kosmologista inflaatiota käsittelevän Pro Gradu -työn valmistuttua Tommi aloittaa jatko-opinnot niin ikään Helsingin yliopistossa Kari Enqvistin johtamassa tutkimusryhmässä. Väitöskirjan Tommi tekee suomalaisittain erittäin nopeasti kahdessa ja puolessa vuodessa. Väitöstutkimus käsittelee sellaisia hiukkasfysiikan malleja, joissa pimeä aine on vuorovaikutuksessa tavallisen aineen kanssa ainoastaan Higgsin bosonin kautta. “Mikäli tämä kytkentä on hyvin heikko – kuten mittaukset näyttäisivät vihjaavan – on pimeää ainetta käytännössä mahdotonta löytää erilaisilla maanpäällisillä kokeilla kuten hiukkaskiihdyttimillä. Kosmologia ja astrofysiikka tarjoavat kuitenkin keinon testata myös tällaisen pimeän aineen ominaisuuksia maailmankaikkeuden eri mittakaavan rakenteiden muodostumisen kautta”, Tommi selventää aihettaan ja lisää vaatimattomasti: ”Väitöskirjani valmistui nopeasti erinomaisten ohjaajien ja yhteistyökumppanien tuella.”

Tutkijatohtori Tommi Tenkanen on nykyään post doc -tutkijana Queen Mary University of Londonissa, missä hän on jatkanut työtään pimeän aineen tutkimuksen parissa. Pimeän aineen kosmologisten sormenjälkien lisäksi Tommi tutkii alkuräjähdyksen ja sitä edeltäneen kosmologisen inflaatiovaiheen yksityiskohtia. Pimeän aineen synty, painovoimateoriat ja alkuräjähdyksen aikana syntyneet mustat aukot kuuluvat tällä hetkellä hänen pääkiinnostuksenkohteisiinsa. Mahdollisia selityksiä pimeälle aineelle on olemassa useita, ja Tommi painottaakin nyt kokeellisen työn merkitystä, vaikka oma työ on suureksi osaksi teoreettista.

Kosmologian tutkimuksen lisäksi Tommi on osallistunut aktiivisesti yhteiskunnalliseen keskusteluun. Hän pitää viiden muun tutkijan kanssa Akatemian jalkaväki -blogia, jossa kirjoittajat avaavat yliopistojen ja niiden kanssa yhteistyötä tekevien yritysten päivittäistä arkea. Samalla kirjoittajien tarkoitus on tuoda esille, miten tieteelliset tulokset syntyvät ja mitkä ovat tieteellisen metodin mahdollisuudet ja haasteet. ”Tieteellisen metodin ja tiedeyhteisön toiminnan ymmärtäminen on avainasemassa tieteenteon luonteen, merkityksen ja yhteiskunnallisen vaikuttavuuden hahmottamisessa. Tällä on kauaskantoisia vaikutuksia paitsi sille, kuinka toimimme ja ajattelemme yksilöinä ja millainen maailmankuvamme on, myös siinä, millaista politiikkaa kannatamme”, Tommi muotoilee blogin merkityksestä kysyttäessä.

Akatemian jalkaväki -blogin lisäksi Tommi on kirjoittanut yleisönosastokirjoituksia, hän pitää säännöllisesti yleisöluentoja ja on ollut mm. Ylen Prisma Studion ja Radio Suomen haastateltavana tutkimukseensa liittyen. Helsingin yliopistolla hän toimi useissa eri työryhmissä ja aiemmin myös Suomen Fyysikkoseuran hallituksessa. Kaiken muun lisäksi hän on ollut mukana perustamassa Helsingin yliopiston väitöskirjatutkijoiden yhdistystä, joka työskentelee aktiivisesti sen eteen, että tohtorikoulutettavien ääni saataisiin kuulumaan yliopistollisessa päätöksenteossa. ”Koen yhteiskunnallisen vaikuttamisen olevan tutkijan velvollisuus. Näin on erityisesti silloin, kun tutkija havaitsee yhteiskunnallisen epäkohdan ja tunnistaa itsellään olevan asiantuntijuutta lähteä ratkaisemaan sitä. Näiden äärellä kysyn usein itseltäni: jos en minä, kuka sitten?” Tommi perustelee aktiivisuuttaan.

Tiedemaailmassa yksittäisen tutkijan elanto ei aina ole varmaa. Tälläkin hetkellä Tommi hakee vimmatusti uutta post doc -tutkijan paikkaa kahden Iso-Britanniassa vietetyn vuoden jatkeeksi. Kosmologian alalla kilpailu tutkimuspaikoista on todella kovaa, mutta Tommi suhtautuu tulevaan luottaivaisin mielin: ”Kilpailu on kovaa, mutta koen kehittäneeni tutkijan uralla tarvittavia valmiuksia hyvin monipuolisesti, minkä uskon kantavan hedelmää. Koko identiteettiään ei kuitenkaan kannata luoda tutkijan uran jatkumisen varaan, vaan varasuunnitelma on hyvä olla olemassa. Vähintään on hyvä tunnistaa, mitä sellaisia taitoja tutkijana on oppinut, joista voisi olla hyötyä muuallakin.” Tutkijan urasta haaveileville Tommilla on antaa seuraava neuvo: ”Tutkijan uralla on oltava sinnikäs, peräänantamaton ja itsenäinen, mutta on tärkeää tunnistaa, että tutkimuksen teko on kaikilla fysiikan aloilla teoreettisesta fysiikasta materiaalitutkimukseen ryhmätyötä. Siihen liittyviä taitoja on hyvä kehittää opintojen alkuvaihteesta lähtien.”

Tommi in a nutshell

  • Kosmologian tutkijatohtori Queen Mary University of Londonissa lokakuusta 2016 lähtien
  • Tutkii pimeää ainetta, alkuräjähdyksen yksityiskohtia ja gravitaatiota
  • Väitteli HY:sta teoreettisesta fysiikasta joulukuussa 2016
  •  Kirjoittaa monitieteistä Akatemian jalkaväki -blogia  yhdessä viiden muun asiantuntijan kanssa
  • Vapaa-ajallaan urheilee, lukee ja matkustaa

Teksti: Elina Palmgren ja Olli-Pekka Tikkanen

Szabolcs Galambosi – luennoitsijoiden aatelia

Teksti: Emilia Kilpua

Kumpulanmäen yksi ehdottomista tähtiluennoitsijoista on yliopistonlehtori Szabolcs Galambosi eli lyhyemmin Szabi.  Szabi saa lähes poikkeuksetta kiitettävää kurssipalautetta, opiskelijat keskustelemaan ja luentosalit täyteen. Hän opettaa tällä hetkellä peruskursseja, jotka ovat tunnetusti haastavia luennoida. Opiskelijoiden taustat vaihtelevat pitkään fysiikkaa harrastaneista noviiseihin ja kaikkien motivaatio tulisi pitää yllä. Ja jotta ison auditorion saa haltuun, täytyy olla sopivasti karismaa.  Käväisin haastattelemassa Szabia ja ottamassa selvää mikä on hänen suosionsa salaisuus.

Szabi luennoimassa ensimmäisen vuoden opiskelijoille Vuorovaikutukset ja aine peruskurssia Physicumin isossa auditoriossa

Mitään selkeää hyvän luennoitsija reseptiä Szabi ei valitettavasti osaa kertoa. Hän ei myöskään kerro käyttävänsä mitään erikoisia menetelmiä tai muita yllättäviä kikkoja. Mutta jutellessani Szabin kanssa alkaa pikkuhiljaa selvitä, miksi hänen luentonsa ovat niin suosittuja. Päällimmäisenä jutustelussamme nousee esille se, että hän on aidosti kiinnostunut opiskelijoista ja todella haluaa heidän oppivan. Hän näkee paljon vaivaa luentojensa valmisteluun ja miettii tarkkaan erilaisia lähestymistapoja. Parhaaksi puoleksi opettamisessa Szabi mainitseekin ne hetket, kun huomaa, että opiskelija oivaltaa jonkin vaikean jutun.

Välitön ilmapiiri on hyvän luennon edellytys ja tässä Szabi on onnistunut erinomaisesti. Oppilaat uskaltavat kysellä ja vastailla. Myös erehtyminen on sallittua. Szabi kertoo, että opiskelijat ilahtuvat erityisesti jos luennoitsija tekee taululla virheen ja he pääsevät korjaamaan. ”Tämä on pedagogisesti mainio menetelmä” hän nauraa.

Aktivoivat opetusmenetelmät ovat rantautumassa hiljalleen myös fysiikan opetukseen. Vaikka Maxwellin yhtälöistä on hieman haastavaa saada keskustelua aikaan, peruskursseilla käytettävät klikkerikysymykset ovat suosittuja. Luennoitsijan kysymykseen vastataan anonyymisi, mutta opiskelijat joutuvat miettimään asiaa hetkisen itse tai pienissä ryhmissä. Szabi muistuttaa myös, että omat opetusmenetelmät ovat tärkeä perustella opiskelijoille, eikä kaikkia opiskelijoita pidä pakottaa samaan muottiin.

Entä voisiko yliopistolla jopa luopua luennoista kokonaan? Tällaiseenkin ehdotukseen törmää aina silloin tällöin. Kysyn tähän myös mielipidettä Szabilta. Hän tuumii videoluentojen tai jopa vain kirjasta itsenäisen opiskelemisen olevan ihan ok vaihtoehto. ”Opiskelijat kuitenkin tykkäävät käydä luennoilla kuuntelemassa, kun joku kertoo heille asiat” hän kertoo ja jatkaa: ”Joskus olen luennolla kysynyt pitäisikö luennot lopettaa ja lähes kaikki puistelivat päätään”. Szabin muistuttaa, että oppiminen itsekseen kirjaa lukemalla on monille yllättävän hankalaa opiskelujen alkuvaiheessa. Opiskelijat myös kokevat oppivansa luennoilla, vaikka Szabi haluaa painottaa, että todellinen oppiminen tapahtuu pitkälti laskuharjoituksissa ja laboratoriossa. Luennoilla käyminen on myös sosiaalinen tapahtuma. Perinteisille luennoille on siis selkeästi vielä tilausta.

Videolla Szabi kertoo miten hänestä tuli luennoitsija ja mikä hän siinä erityisesti inspiroi.

 

Akateemikko Risto Nieminen – laskennallisen materiaalifysiikan uranuurtaja ja mukaansa tempaava tiedemies

Teksti: Matti Manninen

Risto Nieminen aloitti opiskelun Teknillisen korkeakoulun teknillisen fysiikan osastolla vuonna 1967. Tutustuin Ristoon keväällä 1973, kun hän pysäytti minut TKK:n teknillisen fysiikan osaston käytävällä ja kysyi, olisinko halukas kvanttimekaniikka II -kurssin tuntiassistentiksi sekä tekemään erikoistyön hänen ohjauksessaan. Olin neljännen vuosikurssin opiskelija ja iloisesti yllättynyt pyynnöstä, koska kvanttimekaniikan kurssi ei ollut onnistunut minulta mitenkään erinomaisesti. Tuntiassistenttina kuitenkin opin, että vasta opettamalla ymmärtää asiat kunnolla.

Risto Nieminen on fysiikan professori ja akateemikko

Erikoistyöni käsitteli vakanssien elektronitiheyttä. Se oli laskennallista fysiikkaa, vaikka kyseistä termiä ei silloin vielä käytetty. Risto oli hyvä ohjaaja. Kun näytin hänelle innoissani ensimmäisiä tuloksiani, niin hän kysyi, menisinkö lentokoneeseen, jos se perustuisi laskuihini. Päätin tarkastaa laskuni ja ohjelmani vielä kerran.

Risto ja Pekka Hautojärvi houkuttelivat minut kesäharjoittelijaksi tutkimusryhmäänsä kesällä 1973 ja siitä alkoi pitkäaikainen yhteistyöni Riston kanssa. Risto antoi minulle aiheen diplomityöksi käsinkirjoitetulla muistiolla, jossa kerrottiin, miten voisimme laskea elektronitiheyden metallin vakanssissa käyttäen tiheysfunktionaalimenetelmää. Risto selitti ongelman lyhyesti ja lähti saman tien kahdeksi vuodeksi Cambridgeen. Sähköpostia ei vielä ollut, joten käytimme lentopostia ja joskus myös puhelinta. Riston ollessa Cambridgessä teimme myös ensimmäisen yhteisen julkaisumme, ”Positron surface states in metals”: Risto lähetti ohjeita kirjeitse ja minä ohjelmoin, tein laskut ja postitin tulokset Ristolle.

Jo ennen ulkomaille lähtöään Risto osoitti taitonsa kansainvälisessä verkottumisessa. Vuonna 1973 hän järjesti yhdessä Pekka Hautojärven kanssa konferenssin ”3rd International Conference on Positron Annihilation”. Risto toimi konferenssin sihteerinä ja hoiti Pekan kanssa kirjeenvaihtoa alan huippututkijoihin. Sain konkreettisen opetuksen siitä, mikä merkitys kansainvälisen konferenssin järjestämisellä ja sen hyvällä sosiaalisella ohjelmalla on kontaktien luomisessa.

Risto vietti kaksi vuotta Cambridgessä, kävi väittelemässä Suomessa vuonna 1975 ja muutti sen jälkeen kahdeksi vuodeksi Norditaan Kööpenhaminaan. Risto jatkoi tutkimusta tiheysfunktionaaliteorian sovellusten ja positroniannihilaation parissa laajentaen samalla kansainvälistä kontaktipintaansa. Norditassa oli samaan aikaan vierailevana professorina John Wilkins Cornell-yliopistosta. Myöhemmin Risto oli kahdesti vierailevana professorina Cornellin yliopistossa. Riston kontaktit vaikuttivat minunkin tulevaisuuteen. Kun John Wilkins oli toisen kerran Norditassa vuosina 1979-1981, hän kutsui minut postdoc:ksi Norditaan ja myöhemmin myös tutkijaksi Cornell:iin. Kun väittelin vuonna 1978, Risto järjesti minulle postdoc-paikan professori Puru Jenan tutkimusryhmään Michiganiin. Risto tutustutti minut myös sveitsiläiseen Rene Monnier:iin, joka puolestaan houkutteli minut postdoc:ksi Sveitsiin. Riston erinomainen ohjaus ja kansainväliset suhteet ovat edistäneet lukuisten suomalaisten fyysikkojen urakehitystä. Hänen tutkimusryhmästään noussut useita teoreettisen ja laskennallisen fysiikan professoreita moniin yliopistoihin.

Risto nimitettiin apulaisprofessoriksi Jyväskylän yliopistoon 30-vuotiaana vuonna 1978. Hän olikin useita vuosia Suomen nuorin professorikuntaan kuuluva fyysikko. Kun päätös valinnasta tuli julki, olin töissä Helsingin yliopiston teoreettisen fysiikan tutkimuslaitoksessa. Muistan, kun kahvihuoneessa useampikin varttunut professori ihmetteli, kuinka apulaisprofessuurin voi saada noin nuori tutkija, josta he eivät olleet kuulleet mitään.

Risto toi materiaalifysiikan ja laskennallisen fysiikan Jyväskylän yliopistoon. Ainoana materiaalifysiikan professorina Risto ohjasi myös kiihdyttimellä tehtävää kokeellista materiaalitutkimusta. Jyväskylässä ollessaan Risto loi positronispektroskopian teoreettisen perustan sekä yhdessä Martti Puskan kanssa tarvittavat laskennalliset menetelmät. Näiden uraauurtavien töiden kansainvälistä merkitystä kuvaa hyvin se, että Riston ja Martin vuonna 1983 kirjoittama julkaisu on edelleen Riston kolmanneksi eniten viitattu lehtiartikkeli ja aina vuoteen 2010 asti se oli koko Jyväskylän yliopiston viitatuin lehtiartikkeli Web of Science –tietokannassa.

Minä onnistuin saamaan Ristolta vapautuvan apulaisprofessuurin Jyväskylästä vuonna 1988. Olemme siis Riston kanssa kiertäneet samoja paikkoja, mutta ensimmäisen vuoden 1973 jälkeen emme ole olleet töissä yhtä aikaa samassa paikassa. Tätä ihmetteleville kerron, että olemme fermioneja samassa kvanttitilassa. Viimeinen yhteinen julkaisumme on vuodelta 1993.

Valtakunnallisten tutkijakoulujen alkaessa vuonna 1994 Risto kokosi materiaalifysiikan tutkijakoulun, jossa olivat mukana kaikki Suomen fysiikan laitokset. Riston johdolla tutkijakoulusta tuli yksi maan suurimmista ja menestyneimmistä. Risto itse on ohjannut noin 80 väitöskirjaa ja hänen oppilaitaan on päätynyt professoreiksi useaan yliopistoon.

Risto ratkomassa opiskelijoiden kanssa ohjelmoinnin ongelmia Aallon perustieteiden korkeakoulun Learning Hubissa.

Ristolla ja minulla oli pitkäaikainen suhde Norditaan, jossa molemmat olimme nuorina tutkijoina – tietenkin eri aikaan. Risto toimi pitkään Norditan johtokunnassa ja minä hänen jälkeensä. Risto oli keskeisessä roolissa Norditan muuttaessa Kööpenhaminasta Tukholmaan vuonna 2007. Hän oli pohjoismaiden edustajana kansainvälisessä arviointiryhmässä, joka suositteli muuttoa Tukholmaan. Minä olin silloin johtokunnan puheenjohtaja ja epäilin siirron onnistumista. Muutto osoittautui kuitenkin piristysruiskeeksi ja uudeksi aluksi Norditalle. Risto toimi myös Norditan johtajana toiminnan käynnistyessä Tukholmassa.

Riston merkitys teoreettisen ja laskennallisen materiaalifysiikan kehitykselle Suomessa on huikea. Tiheysfunktionaalimenetelmän lisäksi hänen ryhmässään on ennakkoluulottomasti otettu käyttöön ja kehitetty uusimpia laskennallisia ja teoreettisia menetelmiä materiaalifysiikan ja nanotieteiden aloilla. Risto johti Suomen Akatemian COMP-huippuyksikköä vuosina 2000-2013 ja on edelleen aktiivisesti mukana sen toiminnassa. Risto ymmärsi jo varhain laskennallisen tieteen tarvitseman laskentakapasiteetin merkityksen. Hän toimi CSC:n tieteellisenä johtajana vuosina 1989-1996 ja myöhemmin johtokunnan jäsenenä ja neuvonantajana. CSC on nyt kansainvälisesti merkittävä tieteellisen laskennan keskus ja aivan keskeinen infrastruktuuri Suomen tieteelle. Ristolla on ollut myös lukuisia kansainvälisiä luottamus- ja arviointitehtäviä tieteellisen laskennan resursointiin liittyen. Mainittakoon myös, että CSC:n nykyinen toimitusjohtaja Kimmo Koski on tehnyt väitöskirjan Riston ohjauksessa.

Risto Nieminen Aalto-yliopiston Nanomicroscopy Centerissä prof. Robin Rasin (kuvassa oikealla) ryhmän vieraana tutustumassa pehmeiden nanomateriaalien ihmeisiin.

Riston ansioluettelo sekä tieteessä että tiedepolitiikassa on niin monipuolinen ja laaja, että tästä kirjoituksesta tulisi kuiva luettelo, jos alkaisin sitä edes päällisin puolin kuvaamaan. Riittänee mainita sen mukanaan tuomat tunnustukset: tieteelliset palkinnot, useiden tieteellisten seurojen fellow-jäsyydet, vuoden professori, akatemiaprofessori, ensimmäinen Aalto-professori ja lopulta akateemikko. Hän on myös Suomen Kulttuurirahaston kunniaesimies ja Tiedonjulkistamisen neuvottelukunnan pitkäaikainen puheenjohtaja.

Ei ole yllättävää, että Riston merkitys myös Suomen fyysikkoseuralle on ollut huomattava. Hän toimi hallituksen jäsenenä 1981-1992, puheenjohtajan 1990-1992, Arkhimedes-lehden päätoimittajana 1988-1994 ja Fysiikan kustannus OY:n hallituksen jäsenenä 1990-2000. Erityisesti muistan, että Risto halusi kehittää fyysikkoseuralle tiedotuslehteä, Arkhimedeksen ollessa silloin lähinnä puolitieteellinen julkaisusarja. Tätä varten julkaistiinkin Fysiikka tänään -lehteä vuodesta 1987 alkaen, kunnes se sulautettiin Arkhimedes-lehteen vuonna 1996. Risto on edelleen aktiivinen kirjoittaja Arkhimedekseen. Ansaitusti Risto valittiin ensimmäisten joukossa Fyysikkoseuran fellow-jäseneksi.

Olen kertonut Riston saavutuksista lähinnä omasta näkökulmastani. Riston innostus uusiin asioihin on tarttuvaa ja innoituksen lähde hänen kollegoilleen.

Ari-Pekka Honkanen, nuori röntgenfyysikko

Kivikirveistä pronssimiekkoihin, teräksisiin höyrykoneisiin ja piipohjaisiin mikrosiruihin, materiaalit ja taito muokata niitä ovat siivittäneet ihmisen taivalta halki historian. Materiaalien merkitystä ihmiskunnalle on vaikea vähätellä, eikä vähiten siksi, että myös me itse koostumme samoista rakennuspalikoista. Materiaalien sielunelämään voi kurkistaa useilla eri tavoilla, kuten esimerkiksi röntgensäteiden avulla. Röntgenfotonien aallonpituus on samaa suuruusluokkaa kuin kemiallisten sidosten pituudet ja niiden energiat vastaavat atomien kuorielektronien viritysenergioita. Nämä ominaisuudet tekevät röntgensäteilystä monipuolisen välineen materiaalitutkimuksen työkalupakissa.

Nuori fyysikko Ari-Pekka Honkanen tutkii materiaaleja röntgensäteiden avulla. Hän työskentelee väitöskirjatutkijana Helsingin yliopiston röntgenfysiikan osastolla. Ari-Pekka oli jo lapsena kiinnostunut tekniikasta, matematiikasta, ja yleisesti luonnontieteistä. Hyvin pitkään on ollut tiedossa, että hän halusi tehdä aikuisena jotain tieteen liittyvä, mutta kokeelliseen fysiikkaan kiinnostus tuli sitten vasta lukiossa hänen fysiikan opettajan kautta. Se, mitä Ari-Pekka tekee nyt, ei ole kuitenkaan vain kokeellista tutkimusta, koska hänen laboratoriossaan tutkitaan luontoa käyttämällä myös teoreettisia ja laskennallisia työkaluja. “Se on hyvä juttu – sanoo Ari-Pekka – koska tietokoneetkin on aina kiinnostunut minua”.

Ari-Pekka Honkanen on materiaalifysiikan väitöskirjatutkija Helsingin yliopistossa. Hänen laboratoriotakillaan on dosimetri, jolla mitataan henkilön saamaa ionisoivan säteilyn annosta. (Kuva: Erika Palmerio)

Ari-Pekka aloitti Helsingin yliopiston fysiikan laitoksen opiskelijana syksyllä 2009. Hänen kandidaatin tutkielmansa tehtiin Aalto-yliopistolla Complex Systems and Materials ryhmässä, kun hän oli siellä kesäharjoittelijana. Aiheena oli paperia venyttäessä syntyvän akustisen emission mittaaminen. Ari-Pekka rakensi koejärjestelyyn ultraäänianturisysteemin, joka kuuntelee paperista kuuluvia räsähdyksiä. Kokeessa on tärkeää relevanssia paperiteknologian kannalta, sillä jos paperi repeää esimerkiksi linjalla, niin sen vaihtaminen on iso ja kallis urakka. “Tämä oli hyvin soveltavaa materiaalitutkimusta”, kertoo Ari-Pekka.

Röntgenfysiikan tutkimusta alkoi Ari-Pekka kesäharjoittelijana ESRF-synkrotronilla Ranskan Grenoblessa, jonka jälkeen hän on jatkanut Helsingin yliopiston röntgenfysiikan osastolla. Hänen gradututkielmansa on jo Suomen Fyysikkoseuralle tuttu, Ari-Pekka kirjoitti artikkelin pro-gradustaan Arkhimedes-lehteen (linkki). Ari-Pekasta tuli filosofian maisteri vuonna 2015 ja hän voitti vuonna 2016   Suomen Fyysikkoseuran nuoren fyysikon palkinnon pro gradu –työllään “Pallotaivutettujen kideanalysaattorien röntgendiffraktio-ominaisuudet”.

Maisteritutkinnon jälkeen Ari-Pekka suoritti siviilipalveluksensa Helsingin yliopiston kemian laitoksella epäorgaanisen kemian laboratoriossa. Hän piti huolta mittalaitteiden kehittämisestä ja ylläpidosta ja hän tekee vielä yhteystyötä kemian laitoksen kanssa nykyään väitöskirjaprojektinsa parissa. Projektin tarkoitus on soveltaa synkrotronisäteilyteknikoita atomikerroskasvatuksen (engl. atomic layer deposition, ALD) tutkimiseen. Ari-Pekka työskentelee väitöskirjatutkijana sekä tietokoneella että laboratoriossa. Helsingin yliopiston röntgenlaboratoriossa on hänen pääosin itse rakentamansa kideoptiikkaan perustuva röntgenabsorptiospektrometri, jolla atomien absorptiokertoimia mittaamalla pääsee käsiksi mm. niiden hapetuslukuun ja kemiallisten sidosten pituuksiin.

Ari-Pekka Honkanen ja hänen rakentamansa röntgenabsorptiospektrometri, jolla voidaan tutkia kuinka alkuaineet absorboivat säteilyä erilaisissa yhdisteissä. (Kuva: Erika Palmerio)

Ari-Pekka pitää soveltavasta tutkimuksesta eniten ja suurin osa projekteista, jossa hän on ollut mukana, liittyy erinäköisiin energiateknisiin ratkaisuihin. Esimerkiksi, hän on tutkinut paljon akkumateriaaleja ja osallistuu parhaillaan synteesikokeeseen, jossa tuotetaan katalyyttisesti hiilimonoksidista ja vedystä pitkäketjuisia hiilivetyjä, joilla on käyttöä esimerkiksi polttoaineena. “Energian tuottamiseen liittyy todella paljon ongelmia – sanoo Ari-Pekka – ja energiaa tarvitaan tulevaisuudessa aina vain enemmän ja enemmän. Se täytyy pystyä tuottamaan luontoa säästäen”. Hän on röntgenfyysikko, mutta häntä kiinnostaa myös energiatekniikka ja biologiset systeemit, joista jälkimmäisten tutkiminen röntgensäteilyä käyttäen on erityisen haasteellista.

Teksti: Erika Palmerio