Kylmäfysiikan edelläkävijä – akateemikko Olli Lounasmaa

Teksti: Risto Nieminen

Teknillisen fysiikan professori, akateemikko Olli V. Lounasmaa oli suorapuheinen toiminnan mies. Hänen perustamastaan ja 30 vuoden ajan johtamastaan laboratoriosta kehittyi tutkimuksen huippuyksikkö sekä kylmäfysiikassa että aivotutkimuksessa¹. Molemmat Lounasmaan aloittamat tutkimussuunnat ovat ennakkoluulottoman uudistumisen avulla pysyneet kansainvälisessä eturintamassa matalien lämpötilojen nanotieteessä, kvanttiteknologiassa ja neurotieteessä.

Olli Lounasmaa syntyi 1930 Turussa ja kirjoitti ylioppilaaksi Helsingin suomalaisesta normaalilyseosta 1949. Lounasmaa suoritti filosofian kandidaatin tutkinnon Helsingin yliopistossa 1953 pääaineenaan fysiikka. Hän teki väitöskirjatyönsä vv. 1955-56 Englannissa, Oxfordin yliopiston Clarendon Laboratoryssa, yhdessä kylmäfysiikan johtavista silloisista keskuksista maailmassa. Myöhempään urakehitykseen vaikutti vahvasti myös tuloksekas tutkijakausi 1960 – 1966 Argonne National Laboratoryssa Chicagon lähellä.

Olli Lounasmaa nimitettiin 1965 Teknillisen korkeakoulun (nykyisen Aalto-yliopiston) teknillisen fysiikan professoriksi. Samana vuonna hän perusti Otaniemeen Kylmälaboratorion, jota hän johti eläkkeelle siirtymiseensä saakka. Suomen Akatemian tutkijaprofessoriksi (nykyisin akatemiaprofessori) Lounasmaa nimitettiin 1970, uudelleen 1975 ja pysyvästi 1980. Hän jäi eläkkeelle vuonna 1995, mutta jatkoi aktiivista työtään vuonna 2002 tapahtuneeseen kuolemaansa asti.

Uransa alkuvaiheessa Olli Lounasmaa mittasi harvinaisten maametallien ja -yhdisteiden ydinmagnetismia ja tutki nestemäisen heliumin käyttäytymistä. Molemmat fysikaaliset systeemit mahdollistavat matalien, alle 1 kelvinin lämpötilojen saavuttamisen. Otaniemen Kylmälaboratoriossa on vuosien varrella rakennettu lukuisia jäähdytinjärjestelmiä, kryostaatteja. Niillä on tutkittu mm. ydinspinsysteemien ominaisuuksia, metallien suprajohtavuutta, 3He/4He-seosten termodynamiikkaa, nestemäisen heliumin suprajuoksevuutta sekä kiinteän ja nestemäisen heliumin rajapintoja. Jäähdytystekniikoiden kehittyessä on voitu siirtyä yhä matalampiin lämpötiloihin, jopa alle miljardisosa-asteen päähän absoluuttisesta nollalämpötilasta, ja siten uusien fysikaalisten ilmiöiden pariin. Otaniemessä on tutkimuksen sivutuotteena syntynyt useita kylmyyden maailmanennätyksiä. Työ on edellyttänyt uusien menetelmien kehittämistä ja määrätietoista tutkimuslaitteiden valmistusta. Otaniemessä rakennettiin mm. maailman ensimmäinen pyörivä kryostaatti vuonna 1981.

Kylmälaboratoriossa saavutettiin Lounasmaan johdolla useita käänteentekeviä tuloksia. Nestemäisen heliumin kevyen isotoopin (3He) uudet suprajuoksevat tilat löydettiin 1973-4, mikä avasi erityisen rikkaan tutkimusalueen topologisille kvantti-ilmiöille. Pian ensimmäisen pyörivän jäähdytinlaitteiston valmistuttua 3He:n suprajuoksevissa faaseissa havaittiin pyörteiden (vorteksien) kvantittuminen ja niiden rakenteiden monimuotoisuus. Kylmälaboratoriosta muodostui 3He-tutkimuksen johtava laboratorio maailmassa. Nesteheliumin topologisilla rakenteilla on mielenkiintoisia teoreettisia yhteyksiä mm. neutronitähtien ja varhaisen maailmankaikkeuden kosmologisten ilmiöiden kanssa.

Toinen menestyksellinen tutkimussuunta on ollut metallien ydinmagnetismi nano- ja pikokelvinalueella. Se käynnistyi atomiydinten järjestymistä hyödyntävien kryostaattien rakentamisella. Niiden avulla havaittiin kuparissa, hopeassa ja rodiumissa spontaanin ydinmagneettisen järjestymisen aiheuttamat suskeptibiliteetin ja ominaislämmön muutokset. Järjestymisilmiöiden tutkimus laajentui myös käsittämään neutronidiffraktiomittauksia Risön (Tanska) ja Berliinin (Saksa) tutkimusreaktoreilla.

Matalien lämpötilojen tutkimus ja monipuolinen laitekehittely on luonut mahdollisuuksia uusiin teknologisiin sovelluksiin, erityisesti suprajohtavuuden osalta. Josephson-ilmiöön perustuva SQUID (Superconducting Quantum Interference Device) on ultraherkkä ulkoiselle magneettikentälle. Siihen perustuvien mittalaitteistojen avulla voidaan paikantaa ja mitata myös ihmisen aivotoiminnan synnyttämiä hyvin heikkoja magneettisia signaaleja pään ulkopuolella. SQUIDeihin perustuvalla teknologialla on kehitetty magnetoenkefalografia- (MEG-) –menetelmä ja instrumentti, jota käytetään laajalti neurofysiologisten ilmiöiden ja kognitiivisten prosessien tutkimiseen sekä kliiniseen tutkimukseen, kuten epileptisten keskusten paikantamiseen aivokuorella. Kylmälaboratorio oli varhainen aktiivinen toimija startup-yritysten synnyttäjänä.

Olli Lounasmaa oli vahva tiedepoliittinen vaikuttaja ja edelläkävijä, joka ilmaisi aina kiertelemättä mielipiteensä, ”Ollin teesit”. Hän oli ahkera tutkijankouluttaja ja tutkijakoulutuksen kehittäjä. Kylmälaboratoriosta valmistui hänen aikanaan yli 40 tohtoria. Lounasmaan asiantuntemusta, kokemusta ja näkemyksiä tutkijana ja tutkijankouluttajana käytettiin usein tutkimuksen ja koulutuksen järjestämistä koskevissa kysymyksissä, työryhmissä ja toimikunnissa. Hän vaikutti keskeisellä tavalla tieteen ja tutkimuksen uudistumiseen Suomen yliopistomaailmassa. Hänen muistelmansa ja elämäkertansa Täällä ei näperrellä!² sisältää runsaasti mielenkiintoista anekdotaalista tietoa ja mukaansatempaavan kuvauksen tieteellisen uran vaiheista ja tapahtumista.

Olli Lounasmaa vieraili tutkijana ja opettajana eri puolilla maailmaa. Hän järjesti useita kansainvälisiä tieteellisiä kokouksia sekä toimi monissa tieteenalansa järjestöjen luottamustehtävissä. Akateemikon arvonimellä 1997 palkittu Lounasmaa sai lukuisia kotimaisia sekä ulkomaisia kunnianosoituksia³, joihin kuuluvat mm. National Academy of Sciencen (USA) jäsenyys ja kylmäfysiikan kansainvälinen Fritz London – palkinto. Hänen mukaansa on nimetty Aalto-yliopiston neljän vuoden välein jakama Olli V. Lounasmaa Memorial Award.

1. Korteksista vorteksiin: Olli Lounasmaa 60 vuotta. Arkhimedes 1990.
2. O. V. Lounasmaa: Täällä ei näperrellä!: kylmäfyysikon kuumat paikat. Suomen Tiedeseura (2008).
3. Markkanen, Tapio: Lounasmaa, Olli. Kansallisbiografia – Studia Biographica 4. Suomalaisen Kirjallisuuden Seura. ISSN 1799-4349 (verkkojulkaisu).