Ученые Финляндии ищут следы «темной силы» с помощью сверхмощных ядерных магнитных резонансных спектрометров

Tämä teksti on lyhennelmä. Pidemmän Tekniikka&Talouden tilaajille tarkoitetun jutun voit lukea täältä. Magneettiresonanssispektrometria eli nmr on monipuolinen kemian ja fysiikan mittausmenetelmä. Sen etuihin kuuluu kyky nähdä esineiden ja liuosten sisään vahingoittamatta niitä lainkaan. Tilaa tästä T&T:n maksuton uutiskirje - Kokoamme kiinnostavimmat artikkelit sähköpostiisi joka päivä. Tavallisimmin nmr:ää käytetään orgaanisten yhdisteiden rakenteiden analyysiin. Myös sairaaloiden magneettikuvaus eli mri on yksi muunnelma nmr:stä. Toisaalta nmr:ää vaivaa lähes universaalisti ongelma, jota voisi kuvailla seuraavasti: näytteistä ei ole kovin helppoa saada signaalia, mutta jos signaali saadaan, se on hyvin altis pienillekin häiriötekijöille. Näin tiivistää Oulun yliopiston nmr-yksikössä työskentelevä yliopistotutkija, dosentti Anu Kantola. Samasta huomauttaa nmr-teoriaa Oulussa tutkiva professori Juha Vaara. ”Ydinmagneettisen resonanssin energiat ovat niin pieniä, että sitä häiritsevät hyvin monet ilmiöt, joita näytteessä tapahtuu. Herkimmissä mittauksissa näkyy jopa Maan pyörimisliike. Toisaalta juuri siksi nmr on myös hyvin monipuolinen menetelmä.” Ydinmagnetismilla Vaara viittaa siihen fysiikan ilmiöön, johon nmr perustuu: magneettikenttä ja radioaallot vuorovaikuttavat atomien ydinten kanssa. Yleisimmin tutkitut ytimet ovat protoni eli tavallinen vetyatomin ydin sekä hiili-13. Pimeä voimakenttä kiikarissa Toisaalta nmr:n häiriöalttiutta voidaan hyödyntää luonnontieteen perimmäisten asioiden tutkimuksessa, kuten hiukkasfysiikan standardimallin ja kosmologisten teorioiden oikeellisuuden testaamisessa, Vaara kertoo. Esimerkiksi tähän asti kaikki fysiikan tutkimus on osoittanut luonnonlakien olevan samat riippumatta suunnasta. Se ei kuitenkaan kategorisesti sulje pois tuntematonta ”pimeää voimakenttää”, jolla voi mahdollisesti olla jokin tietty suunta. Pimeän kentän aiheuttamia poikkeamia nmr-signaaleihin on etsitty useissa tutkimusryhmissä ympäri maailman, mutta ainakaan toistaiseksi sellaisia ei ole löytynyt. Pimeän voiman haravoinnissa tarkkaillaan tavallisten nmr-ydinten sijasta eksoottisempia vaihtoehtoja, esimerkiksi ksenon-129:ää ja helium-3:ea. Kokeita varten Oulun nmr-yksikössä on kuusi isoa spektrometria, joissa magneettikentän vahvuus on 7–14 teslan väliltä. Se tarkoittaa 150 000–300 000 kertaa Maan magneettikenttää vahvempaa kenttää, sillä Maan kenttä on keskimäärin noin 45 mikroteslaa. Kuinka iso näyte nmr-mittauksissa yleensä tarvitaan? Mistä nmr:n epäherkkyys signaaleille johtuu? Millaisilla kojeilla ja tutkimuksilla tätä ongelmaa vastaan taistellaan? Miksi pimeän voiman etsinnässä käytetään niin eksoottisia atomiytimiä? Mihin nmr-mittaukset perustuvat ylipäätään? Näihin kysymyksiin vastaa Tekniikka&Talouden pidempi tilaajille tarkoitettu artikkeli. - Lue myös Tekniikka&Taloudesta: