Koe uusi yle.fi

Suomalaistutkija löysi kauan etsityn yksinapaisen magneetin

Laboratorio-olosuhteissa luotu synteettinen magneettinen monopoli todistaa ensimmäistä kertaa, että magneettisen monopolin rakenne esiintyy luonnossa. Aidon magneettisen monopolin löytymistä voisi verrata elektronin löytymiseen 120 vuotta sitten.

Kotimaa
Synteettinen magneettinen monopoli
Synteettinen magneettinen monopoliHeikka Valja

Tutkijat ovat onnistuneet ensimmäistä kertaa luomaan ja valokuvaamaan synteettisen magneettisen monopolin eli magneetin, jolla on yksi napa. Aalto-yliopiston tekniikan tohtorin Mikko Möttösen kehittämä menetelmä toi esille synteettisen hiukkasen, jonka olemassa olosta ollaan oltu yksimielisiä, vaikkei sitä ole koskaan onnistuttu havaitsemaan.

Tavallisesti kaikilla magneeteilla on kaksi napaa, pohjoinen ja eteläinen napa. Jos sauvamagneetin katkaisee, kumpaankin osaan muodostuu kaksi yhtä voimakasta napaa. Nyt kokeissa muodostettu synteettinen magneettinen monopoli on magneettinen varaus, jolla on ainoastaan yksi napa.

Kokeet toteutettiin yhdysvaltalaisessa Amhearst Collegessa ja tulokset mallinnettiin Aalto-yliopistossa. Ensimmäisen kerran synteettinen magneettinen monopoli nähtiin viime vuoden maaliskuussa ja Natureen artikkeli aiheesta lähetettiin syyskuussa. Lehti julkaisi artikkelin tänään.

– Koetta on toistettu ja toistettu. Nyt ollaan vihdoinkin riittävän varmoja asiasta, Möttönen kertoo.

Yksinkertaistettuna kokeessa luodaan sähkövirran avulla pyörremyrskyä muistuttava virtauspyörre kaasupilveen. Tavallisesti virtauspyörre lävistää kaasupilven koko matkalta, mutta nyt Möttösen menetelmällä pyörre on saatu katkeamaan. Tällöin kaasun atomitiheyteen muodostuu reikä, jossa on synteettinen magneettinen monopoli.

Kaasupilven, eli kondensaatin elinikä on rajallinen, joitakin millisekunteja. Tämä on kuitenkin riittävä aika synteettisen magneettisen monopolin havaitsemiseen.

Mahdollistaa valtavat magneettikentät

Synteettisen magneettisen monopolin havaitseminen ei vielä itsessään johda mullistaviin keksintöihin. Ne vaativat luonnollisen magneettisen monopolin. Möttönen kuitenkin uskoo, että heidän löytönsä auttaa tässä kehityksessä.

– Nyt on otettu epäilyt pois ja voidaan keskittyä luonnollisen magneettisen monopolin etsintään, hän toteaa.

Tilannetta voisi verrata kadonneiden autonavainten etsimiseen. Nyt on todistettu, että avaimet voivat olla olemassa. Tämä lisännee motivaatiota etsimiseen. Toinen motivaatiota lisäävä seikka on magneettisen monopolin käyttömahdollisuudet.

Luonnollisten magneettisten monopolien havaitseminen ja hallitseminen mahdollistaisi todella voimakkaiden magneettikenttien luomisen. Nykyään voimakkaiden magneettikenttien luomiseen ja ylläpitämiseen kuluu valtavia määriä sähköä, mutta yksinapaisten magneettien avulla kentät voidaan luoda ja niitä voidaan ylläpitää tehokkaammin.

Voimakkaita magneettikenttiä kaivataan muun muassa fuusiovoimaloissa, joissa kuluu suuria määriä energiaa ytimen paikalla pitämiseen magneettikentän avulla. Tavallinen ihminen taas voisi päästä nauttimaan magneettisesta monopolista esimerkiksi sähköautossaan, jonka moottorista saataisiin yksinapaisten magneettien avulla irti isompi voima.

Suuret magneettikentät saattavat myös johtaa siihen, että löydämme jo tutuista materiaaleista uusia ominaisuuksia.

– 120 vuotta sitten löydettiin elektroni, eikä kukaan varmaan uskonut, että nyt me täällä näpytellään läppäreitä. Samalla tavalla nyt on mahdotonta ennustaa kaikkia mahdollisia sovelluskohteita, Möttönen sanoo.

Möttönen ei osaa kertoa kuinka lähellä luonnollisen magneettisen monopolin löytämistä ollaan. Taas voidaan verrata kadonneisiin autonavaimiin. Ne löytyvät, kun löytyvät. Ennakointi on mahdotonta.