Tutkijat loivat maailman nopeimman Bosen–Einsteinin kondensaatin
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-yliopistossa tiede ja taide kohtaavat tekniikan ja talouden. Rakennamme kestävää tulevaisuutta saavuttamalla läpimurtoja avainalueillamme ja niiden yhtymäkohdissa. Samalla innostamme tulevaisuuden muutoksentekijöitä ja luomme ratkaisuja maailman suuriin haasteisiin. Yliopistoyhteisöömme kuuluu noin 13 000 opiskelijaa ja yli 4 500 työntekijää, joista 400 on professoreita. Kampuksemme sijaitsee Espoon Otaniemessä.
Tilaa tiedotteet sähköpostiisi
Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat tiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.
Lue lisää julkaisijalta Aalto-yliopisto
Hiilipohjaiset radikaalit ovat tulevaisuuden aurinkokennoteknologiaa14.10.2025 08:10:00 EEST | Tiedote
Kansainvälisen tutkimusryhmän löydös on merkittävä askel kohti kevyitä, joustavia ja energiatehokkaita aurinkokennoja.
Aalto-yliopiston tutkijat YK:n COP30-ilmastokokouksessa9.10.2025 10:45:00 EEST | Tiedote
Tarvitsetko asiantuntijahaastateltavaa ilmastoon liittyvistä teemoista? Aalto-yliopiston tutkijoiden ja professorien asiantuntemus on käytettävissä ennen YK:n ilmastokokousta ja sen aikana. Tutkijoitamme osallistuu myös kokoukseen Brasiliassa. Energiamurros Mika Järvinen (professori) taitaa energiamurroksen ison kuvan: minkä pitää muuttua ja miten. Hän keskittyy tutkimuksessaan hiilidioksidin talteenottoon, vedyn tuotantoon eri menetelmillä, sekä kestävien polttoaineiden valmistukseen. Opetuksessaan Järvinen keskittyy muun muassa uusiutuvan energian tuottamiseen tuuli- ja aurinkovoimalla. Järvinen on myös juuri julkaissut aiheesta laajan suosion saaneen oppikirjan, ja osaa esittää monimutkaiset asiat ymmärrettävästi. Järvinen on paikalla ilmastokokouksessa Brasiliassa 10.–16.11. Hänet tavoittaa numerosta +358 40 754 2171 ja sähköpostista mika.jarvinen@aalto.fi Rakentamisen tulevaisuus Matti Kuittinen (professori) tutkii kestävää rakentamista. Hänen johtamansa tutkimusryhmä tutkii sitä,
Endurance ei ollutkaan aikansa vahvin laiva ja sen puutteet olivat tiedossa – tutkimusmatkailija Shackletonin aluksen uppoamisesta paljastui uutta tietoa6.10.2025 13:00:00 EEST | Tiedote
Uusi tutkimus osoittaa, että tutkimusmatkailija Ernest Shackletonin kuuluisa Endurance-alus ei ollut rakenteellisesti riittävän kestävä ahtojäiden puristukseen. Shackleton myös tiesi aluksen puutteista ennen huonosti päättynyttä matkaansa Etelämantereelle.
The real reasons Endurance sank — study finds Shackleton knew of ship’s shortcomings6.10.2025 13:00:00 EEST | Press release
A world-first study reveals the famed polar explorer was aware of worrying structural shortcomings in the ill-fated ship — Endurance was not designed for compressive ice conditions — yet it set sail anyway.
Aalto-yliopisto vahvistaa merkittävästi suomalaisen elokuvan opetusta ja tutkimusta2.10.2025 09:00:00 EEST | Tiedote
Aalto-yliopiston elokuvaohjauksen opetusta ja tutkimusta vahvistetaan kahdella uudella professorirekrytoinnilla. Hanna Maylett on nimitetty elokuvaohjauksen professoriksi (Assistant professor) ja Juho Kuosmanen kutsuttu elokuvaohjauksen työelämäprofessoriksi. Myös elokuvatuotannon opetusta ja tutkimusta on vahvistettu hiljattain tehdyillä uusilla nimityksillä.
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