Keijo Kajantie – hiukkasfysiikan suomalainen suurmies

Teksti: Aleksi Vuorinen

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.

 

Leave a Reply

Your email address will not be published.