Tommi Tenkanen
Tommi Tenkanen

Pimeä aine täyttää universumin

| | | 1 Kommentti

Viime viikon kirjoituksessaan Olli-Pekka Tikkanen kirjoitti päätymisestään aloittelevaksi ilmakehätieteilijäksi ja pienhiukkasia käsittelevästä tutkimusaiheestaan. Tämä teksti on näkökulma minun tutkimusaiheeseeni.

Aloittaessani maisteriopintojani muutama vuosi sitten mietin, haluaisinko keskittyä kosmologiaan vai teoreettiseen hiukkasfysiikkaan. Kävin tekemässä yhden kesän mittaisen työharjoittelun Sveitsissä hiukkasfysiikan tutkimuskeskus CERNissä – jonka jälkeen totesin, että haluan keskittyä nimenomaan teoriapuoleen – ja opiskelin teoreettisen fysiikan kursseja sekä kosmologian ja yleisen suhteellisuusteorian että kvanttikenttäteorian puolelta. Lopputuloksena ensin graduni ja sitten myös väitöskirjani aiheeksi tuli yhdistelmä molempia, hiukkasfysiikkaa ja kosmologiaa, joskin miellän itseni pikemminkin kosmologiksi kuin hiukkasfyysikoksi, sillä väitöskirjani tutkimusaihe käsittelee erityisen varhaisen maailmankaikkeuden tapahtumia.

Tällä hetkellä väitöskirjatyöni alkaa olla lopuillaan: minulla on muutamia omia julkaistuja tutkimusartikkeleita ja viimeinen väitöskirjaan tarvittava artikkeli viimeisteltävänä. Lopuksi artikkelit niputetaan yhteen ja kuorrutetaan vielä aihetta esittelevällä pitkähköllä johdantotekstillä. Tämän odotan tapahtuvan ensi vuonna, joten mikäli Opan tapauksessa lukija pääsee seuraamaan, kuinka maisteriopiskelijasta kehittyy väitöskirjatutkija, pääsee minun mukanani ottamaan seuraavaa askelta ja jännittämään, onko valmistuva väitöskirjani riittävän hyvä niin sanotun post doc -tutkijapaikan saamiseen.

Mitä hiukkasfyysikko-kosmologit tai lyhyemmin hiukkaskosmologit sitten tutkivat? Tavallisessa, meille tutussa aineessa riittää tutkittavaa: atomin kokoluokkaa olevista molekyyleistä rakennettavat nanomateriaalit, ydinfuusion mahdollistaminen, biomateriaalit ja esimerkiksi puolijohteet tarjoavat fyysikoille ja insinööreille purtavaa ainakin vielä kymmeniksi vuosiksi eteenpäin.

Vielä enemmän tutkittavaa riittää aineessa, josta itse asiassa suurin osa on hukassa.

Maailmankaikkeuden hyvin suuren mittakaavan rakenteista, kosmisesta mikroaaltotaustasäteilystä, sekä tähtien ja kaasun liikkeistä galaksien sisällä tiedämme, että pimeäksi aineeksi kutsuttu materia täyttää maailmankaikkeutemme. Samoista kohteista tehtyjen havaintojen tuloksena tiedämme, että pimeää ainetta täytyy olla noin viisi kertaa enemmän kuin tavallista, näkyvää ainetta. Mitä pimeä aine on, siitä ei kuitenkaan ole kenelläkään tietoa. Tiedämme sen määrän ja tiedämme sen olevan painavaa eli vuorovaikuttavan tavallisen aineen kanssa painovoiman välityksellä, mutta pimeän aineen tarkempi luonne kätkeytyy meiltä kuin kaino neito viuhkan suojiin.

Myös pimeän aineen synty on arvoitus ja askarruttaa minua joka päivä, sillä juuri tätä oma tutkimusaiheeni käsittelee. Kenties pimeä aine oli aluksi termisessä tasapainossa tavallisen aineen kanssa, kunnes ainekomponenttien välinen vuorovaikutus ei enää riittänyt ylläpitämään tasapainotilaa laajenevassa maailmankaikkeudessa ja pimeä aine irtikytkeytyi tavallisesta aineesta. Tämä malli on teoreetikoiden joukossa erityisen suosittu, sillä myös esimerkiksi neutriinot (jotka eksoottisuudestaan huolimatta lasketaan tavalliseksi aineeksi) kokevat irtikytkeytymisen varhaisessa maailmankaikkeudessa. Neutriinot eivät kuitenkaan selitä puuttuvan massan arvoitusta, kuten eivät niin sanotut ruskeat kääpiöt saati mustat aukotkaan. Neutriinoihin kuitenkin liittyy monia muita mielenkiintoisia ilmiöitä kuten niiden tapa muuttua spontaanisti toisikseen. Tämä havainto palkittiin tämän vuoden Nobel-palkinnolla.

Mikäli pimeä aine muodostuu saman tyyppisistä mutta toistaiseksi tuntemattomista hiukkaslajeista kuin jo tuntemamme hiukkasfysiikan standardimallin hiukkaset, on meillä toivoa löytää pimeän aineen hiukkasia esimerkiksi LHC-hiukkaskiihdyttimessä vielä lähivuosien aikana. Pimeää ainetta metsästetään myös vanhoissa kaivoksissa, Kansainvälisellä avaruusasemalla ja jopa Etelämantereella syvällä jääkuoren alla. Toistaiseksi varmoja havaintoja pimeän aineen hiukkasen löytymisestä ei ole, mutta yllätys voi koittaa minä päivänä hyvänsä.

Ensi kerralla vuorossa on jälleen yhteinen tekstimme, jossa listaamme työviikkoomme kuuluvia tapahtumia. Haluamme näyttää, kuinka monipuolisia tehtäviä työhömme kuuluu ja millä tavalla ajankäyttömme eri tehtäviä kohden jakautuu. Myöhemmissä teksteissä tulen vielä käsittelemään toista tutkimusaihettani, maailmankaikkeuden mennyttä supernopeaa laajenemisvaihetta eli niin kutsuttua kosmista inflaatiota. Pysykää kuulolla!

Jaa kirjoitus somessa

1 Comment

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *

Sosiaalinen media

Facebook326
Instagram25
RSS

Aihepilvi

Arkistot