Hyppää pääsisältöön

Onko tässä tuleva nobelisti? - kosmologi Tommi Tenkanen yrittää ratkaista fysiikan suuren mysteerin

Tommi Tenkanen kadulla.
Tommi Tenkanen kadulla. Kuva: Antti Tuunanen astrofyysikko

Fyysikoilla on kiusallinen ongelma. Ympärillämme olevasta aineesta valtaosa on hukassa. Tommi Tenkanen on omistanut elämänsä pimeän aineen etsimiselle.

Istumme kosmologi Tommi Tenkasen, 29 kanssa helsinkiläisessä biljardibaarissa. Tommilla on hyvin istuva puku ja herrasmiehen elkeet. Hän vastaa habitukseltaan pikemmin liikemiehen kuin teoreettisen kosmologin perikuvaa.

Tommin elämä pyörii yhden kysymyksen ympärillä: Mitä on pimeä aine? Tätä kysymystä selvittääkseen Tommi reissaa maanisella tahdilla eri yliopistoissa ympäri maailman vaihtamassa ajatuksia ja tekemässä tutkimusta.

- Onhan tämä hirveän hektistä elämää. Ei ole kauheasti aikaa sitoutua harrastuksiin ja perheeseen. Tällä hetkellä minulla ei ole juuri mitään arkirutiineja.

Katso, miten pimeää ainetta etsitään!

Pimeä aine on fysiikan suurimpia mysteerejä. Suurin osa maailmankaikkeuden aineesta on nimittäin fyysikoilta kateissa.

- Se on hiukkasfysiikan ja kosmologian tärkeimpiä tavoitteita, saada kiinni pimeän aineen hiukkanen, Tommi kertoo.

Tommi nappaa käteensä tuopin mustaa porter-olutta selventääkseen asiaa.

Me näemme maailmankaikkeudesta vain tämän vaahdon oluen päällä. Se on kaikki tuntemamme aine. Mutta suurin osa maailmankaikkeuden aineesta on pimeää ainetta, joka hölskyy täällä alla.

Tuopillinen pimeää ainetta.
Kaikki maailmankaikkeuden aine ahdettuna oluttuoppiin. Tuopillinen pimeää ainetta. Kuva: Antti Tuunanen pimeä aine

Meille tuttu aine, josta meidän elinympäristömme ja kaikki planeetat ja tähdet koostuvat, on vain pieni siivu kaikesta aineesta.

Nimensä pimeä aine saa siitä, ettei se vuorovaikuta mitenkään valon kanssa. Se ei heijasta valoa, eikä tuota valoa. Siksi sitä ei voida nähdä.

Ja kuitenkin sitä on kaikkialla.

- Pimeä aine on haamumaista. Hyvin todennäköisesti meidänkin läpi menee jatkuvasti kenties satoja biljoonia pimeän aineen hiukkasia tälläkin hetkellä.

Tiedämme, että pimeää ainetta on olemassa, mutta mitä se täsmälleen on, siitä ei ole mitään käsitystä.

Pimeä aine havaittiin jo 1970-luvulla, siitä miten tähdet kiertävät galaksiensa keskustoja.

- Kun katsottiin kaukaisia tähtiä, huomattiin, että niiden liikettä ei voi selittää ilman jotain näkymätöntä, mutta kuitenkin painavaa, ainetta. Tämä aine liimaa tähdet galakseihin ja galaksit toisiinsa.

Tähän mennessä pimeä aine on kerta toisensa jälkeen valunut tutkijoiden sormien lävitse. Sitä ei ole saatu luotua törmäyttämällä hiukkasia toisiinsa hiukkaskiihdyttimissä. Eikä se ole jättänyt jälkeä hiukkasilmaisimiin, joita tutkijat ovat haudanneet maan alle ja lähettäneet maapallon kiertoradalle pimeän aineen löytämisen toivossa.

- Kenties etsimme väärää asiaa. Ehkä pimeää ainetta kuvaavassa matematiikassa on jotain pielessä, Tommi pohtii.

Pimeän aineen mysteerin selvittämisestä on varmasti luvassa Nobelin palkinto. Mutta tällä hetkellä on olemassa tuhansia kilpailevia matemaattisia malleja sille, mitä pimeä aine voisi olla. Ja uusia tutkimuksia julkaistaan joka viikko. Pelkästään tutkimuksessa ajan tasalla pysyminen vaatii jatkuvaa ponnistelua.

- Luen alani uusimmista tutkimusartikkeleista vähintään tiivistelmän joka ikinen aamu, Tenkanen kertoo.

Tommi Tenkanen
Tommi Tenkanen Kuva: Antti Tuunanen astrofyysikko

Tommi kehittää uutta pimeän aineen teoriaa. Se on vaatii paljon kynää, paperia ja pohdiskelua.

- Mietin, millä tavoin pimeän aineen matemaattista mallia voisi muuttaa. Viime kädessä matematiikan antamat ennusteet johtavat meidät oikeille jäljille.

Tällä hetkellä Tommi tekee tutkimusta Lontoossa Queen Maryn yliopistossa. Nuoren teoreetikon elämä on hyperaktiivista pätkätyötä. Seuraavaksi Tommi on siirtymässä alan huippuryhmään Johns Hopkinsin yliopistossa Baltimoressa. Tätä paikkaa hakivat sadat nuoret fysiikan tohtorit ympäri maailman.

- Hakuvaihe oli tutkijanurani stressaavimpia. Prosessin aikana mietin jatkuvasti, onko ura pian katkolla ja jos ei, niin mistäköhän maasta tai maanosasta löydän itseni seuraavaksi.

Olutta, kuplia
Olutta, kuplia Kuva: Jussi Meling olut

Yksi paljon tutkittu selitys pimeälle aineelle on, että se voisi koostua alkuräjähdyksen aikana syntyneistä mustista aukoista.

Alussa maailmankaikkeus oli niin tiheä, että siellä täällä saattoi syntyä pieniä mustia aukkoja, jotka ovat säilyneet näihin aikoihin asti. Ne saattavat edelleen vaikuttaa tähtien ja galaksien liikkeisiin.

Tommi kertoo tehneensä läpimurron yhdessä tutkijatovereineen Lontoossa ja Tallinnassa. He ovat onnistuneet osoittamaan, että nämä mustat aukot eivät todennäköisesti voi kokonaan selittää koko pimeän aineen mysteeriä.

- Olemme luoneet matemaattisen menetelmän, joka kertoo, että muinaiset mustat aukot voivat selittää korkeintaan 10 % pimeän aineesta.

Tommi arvelee, että pimeä aine koostuu jostain täysin uudenlaisista, hyvin heikosti vuorovaikuttavista hiukkasista.

Miksi ainetta ylipäätään on olemassa? Mistä kaikki on tullut?

Olutta, kuplia
Olutta, kuplia Kuva: Jussi Meling olut

Mutta entä jos Tommikin on väärillä jäljillä? Entä jos hän ei onnistu luomaan toimivaa pimeän aineen mallia? Tommi ei ole huolissaan.

- Näin se tiede etenee. Eivät kaikki tutkimusmatkailijatkaan koskaan löytäneet Amerikkaa, mutta toisaalta Kolumbus ei olisi löytänyt uutta mannerta ilman edeltäjiään. Minulle jo pelkästään tämä matka on kutkuttava.

Tommi haaveilee omasta tutkimusryhmästä, mielellään jo 10 vuoden sisällä. Hänen tutkimusryhmänsä jatkaisi uusien menetelmien etsimistä pimeän aineen löytämiseksi.

- Lopulta haluaisin löytää jotain meitä
kaikkia, koko ihmiskuntaa ja koko maailmankaikkeutta koskettavaa.Pimeän aineen löytyminen olisi vain yksi askel kohti syvällisempiä kysymyksiä: Miksi ainetta ylipäätään on olemassa? Mistä kaikki on tullut?

Olutta, kuplia
Olutta, kuplia Kuva: Jussi Meling olut

Lue myös - yle.fi:stä poimittua

Tiede

Uusimmat sisällöt - Tiede