Tutkijat loivat maailman nopeimman Bosen–Einsteinin kondensaatin
Huippunopeuden todentaminen oli vaikea tehtävä, koska parhaatkaan laboratorioissa normaalisti käytettävät kamerat eivät yllä näihin nopeuksiin. Tutkijat käyttivät nopeuden määrittämiseen laserpulssia.
Bosen-Einsteinin kondensaatio on kvantti-ilmiö, jossa suuri määrä hiukkasia alkaa käyttäytyä kuin ne olisivat yksi ainoa hiukkanen. Ilmiö sai nimensä Albert Einsteinilta ja Satyendra Nath Boselta, jotka ennustivat sen 1900-luvun alussa.
Tähän päivään mennessä kondensaatteja on nähty monissa eri systeemeissä, esimerkiksi alkaliatomikaasuissa ja puolijohteissa, joihin on kytketty valoa. Nyt Aalto-yliopiston ja Itä-Suomen yliopiston tutkijat ovat onnistuneet luomaan valosta ja sen kanssa vuorovaikuttavista metallielektroneista ja väriainemolekyyleistä kondensaatin, joka muodostuu kaikkia edeltäjiään nopeammin. Tulokset julkaistiin Nature Communications -lehdessä.
Arkielämässä kondensaatio on tuttu ilmiö esimerkiksi kylmään juomatölkkiin kertyvästä huurteesta, joka syntyy, kun vesihöyry tiivistyy tölkin kylmään pintaan. Samaan tapaan kvanttimaailmassa hiukkasten täytyy tavalla tai toisella päästä eroon ylimääräisestä energiastaan kondensoituakseen alimpaan mahdolliseen energiatilaan. Tämä prosessi kestää tyypillisesti millisekunneista noin yhteen pikosekuntiin eli sekunnin biljoonasosaan.
Suomalaistutkijat saivat kuitenkin kondensaatin muodostumaan kymmenen kertaa aiempia ennätyksiä nopeammin, noin sadassa femtosekunnissa. Se on yhteen sekuntiin verrattuna yhtä lyhyt aika kuin päivä verrattuna maailmankaikkeuden ikään.
”Mittausdatan analyysi osoitti, että energian häviäminen tapahtuu stimuloidun prosessin kautta. Toisin sanoen fotonien eli valohiukkasten vuorovaikutus molekyylien kanssa kiihtyy, kun fotonien määrä kasvaa. Tämä ilmiö johtaa hämmästyttävään nopeuteen”, kertoo tutkijatohtori Aaro Väkeväinen.
Kohti sovelluksia
Huippunopeuden todentaminen oli vaikea tehtävä, koska parhaatkaan laboratorioissa normaalisti käytettävät kamerat eivät yllä näihin nopeuksiin. Tutkijat käyttivät aikaskaalan määrittämiseen laserpulssia.
”Kun annoimme näytteelle energiaa 50 femtosekunnin mittaisella laserpulssilla, havaitsimme kondensaatin. Mutta kun pulssin pituus oli 300 femtosekuntia, emme nähneet sitä. Nämä havainnot viittasivat siihen, että kondensaatin täytyy lähteä muodostumaan alle 300 femtosekunnin aikaskaalassa”, kertoo tohtorikoulutettava Antti Moilanen.
Kondensaatista lähtee valonsäde, jossa on suuri määrä fotoneita. Tämä auttaa erottamaan myös korkean energiatilan fotonit ja havaitsemaan niiden jakautumisen eri energiatiloille Bosen ja Einsteinin ennustamalla tavalla.
”Kondensaattimme tuottaa koherentin valonsäteen, joka on 100 000 kertaa kirkkaampi kuin ensimmäinen plasmonikondensaatti, jonka havaitsimme kaksi vuotta sitten. Säteen kirkkaus helpottaa kondensaattiin liittyvää perustutkimusta ja sovellusten kehittämistä”, kertoo akatemiaprofessori Päivi Törmä.
Yhdelle ryhmän tutkimuksesta syntyneelle keksinnölle on juuri myönnetty patentti, ja tutkijat kehittävät keksintöä edelleen esimerkiksi valaistussovelluksiin.
Lisätietoa:
Quantum Dynamics tutkimusryhmä
PREIN – Suomen Akatemian fotoniikan tutkimuksen ja innovaatioiden lippulaiva
Avainsanat
Yhteyshenkilöt
Päivi Törmä, akatemiaprofessori, Aalto yliopisto
puh. 050 382 6770
paivi.torma@aalto.fi
Kuvat
Linkit
Tietoja julkaisijasta
Aalto-yliopisto. Kohti parempaa maailmaa. Aalto-yliopisto on rohkeiden ajattelijoiden yhteisö, jossa tiede ja taide kohtaavat tekniikan ja talouden. Tunnistamme ja ratkaisemme yhteiskunnan suuria haasteita ja rakennamme innovatiivista tulevaisuutta. Yliopistossa on kuusi korkeakoulua, 12 000 opiskelijaa ja 400 professoria. Kampuksemme sijaitsee Espoon Otaniemessä.
Tilaa tiedotteet sähköpostiisi
Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat mediatiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.
Lue lisää julkaisijalta Aalto-yliopisto
Uusi tutkimus: Rauhallinen Aurinko on paljon aktiivisempi kuin luulimme4.8.2020 09:34:45 EEST | Tiedote
Rauhallista Aurinkoa on tutkittu huomattavasti vähemmän kuin aktiivista Aurinkoa.
Ikiroudan sulaminen voi lisätä kasvihuonepäästöjä luultua enemmän – syynä kasvien juurten vauhdittama lisähajotusilmiö20.7.2020 18:00:00 EEST | Tiedote
Lisähajotusilmiö voi yksinään johtaa jopa 40 miljardin hiilitonnin vapautumiseen ikiroudasta vuoteen 2100 mennessä.
Tekoälyn avulla tehty tutkimus osoitti: Instagram tulvii nuoria houkuttelevaa sähkötupakkamainontaa13.7.2020 12:21:57 EEST | Tiedote
Sadoista tuhansista sähkötupakkajulkaisuista yli 60 prosenttia oli peräisin yritystileiltä. Nuorille mainostetaan muun muassa sähkötupakan makutiivisteitä.
Päivittäistavarakauppa selvisi koronakeväästä nopean kommunikoinnin ja joustavuuden avulla10.7.2020 11:06:14 EEST | Tiedote
Korona-aika korosti päivittäisen kommunikoinnin, joustavan suunnittelun ja resursoinnin sekä ketterien toimintatapojen merkitystä, alustavasta tutkimusraportista käy ilmi. Tulokset voivat auttaa päivittäistavarakauppaa valmistautumaan koronan mahdolliseen toiseen aaltoon.
Riippuvuus vuoristojen vesivarannoista kasvaa - vuoristot toimivat vesitorneina jopa neljännekselle alankoalueiden asukkaista7.7.2020 09:59:12 EEST | Tiedote
Uuden tutkimuksen mukaan 1,5 miljardia ihmistä saa tarvitsemansa veden vuoristoalueilta alkunsa saavista joista vuoteen 2050 mennessä. Vain kestävällä kehityksellä voidaan varmistaa vuoristoalueiden säilyminen maailman vesitorneina myös tulevaisuudessa.
Uniapnea uhkaa kansanterveyttä – opiskelijat kehittivät sovelluksen, joka tunnistaa sen oireita kotioloissa2.7.2020 10:01:55 EEST | Tiedote
Uniapnean diagnosointi on työlästä ja kallista, joten helppokäyttöinen menetelmä sen seulontaan ja pitkäaikaisseurantaan on erittäin tervetullut.
Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki tiedotepalvelussa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.
Tutustu uutishuoneeseemme