Lumihiutaleet ovat todella kiehtovia, koska ne kaikki ovat ainutlaatuisia. Niisstä yhdistyvät fysiikka ja kemia luonnonkauneuden kanssa.

Ne syntyvät, kun ilma on tarpeeksi kylmää, yleensä alle -5°C, ja ilmassa oleva vesihöyry pääsee jäätymään pienen pölyhiukkasen tai tai muun mikroskooppisen, ilmassa olevan hitusen ympärille. 

Kun vesihöyry alkaa kiteytyä sen pinnalle, lumihiutale kasvaa samalla pudoten alaspäin. Riippuen siitä, miten kasvava hiutale kulkee eri lämpötila- ja kosteusvyöhykkeiden läpi, hiutale kasvaa hieman eri tavalla.

Yleistäen lähellä nollaa olevissa lämpötiloissa syntyy yksinkertaisia neulamaisia muotoja. Hieman kylmemmässä, välillä jotakuinkin -5 °C – -10 °C, syntyy enemmän haarautuvia, tähtimäisiä lumikiteitä. Sitä kylmemmässä tulee enemmän levymäisiä ja lopulta alle -15 °C:n pakkasessa syntyvät kauneimmat, monimutkaiset ja haarautuneet lumihiutaleet.

Ainakin tänään Helsingissä satavat hiutaleet ovat sterotyyppisen tähtimäisiä. Todella kauniita. 

Lumihiutaleiden muoto johtuu siitä, että jäätyvät vesimolekyylit asettuvat kuusikulmaiseen eli heksagonaaliseen hilarakenteeseen. Tämä veden sisältämän vedyn sidoksista kumpuava kuusikulmaisuus näkyy lumihiutaleen rakenteessa, niin yksinkertaisissa jäälaatoissa kuin isosakaraisissa hiutaleissa. Kolmio- ja prismamaiset muodot ovat yksinkertaistuksia kuusikulmaisuudesta.

Koska lumihiutaleet ovat jäätä, ja valo kulkee helposti jään läpi samaan tapaan kuin lasikappaleen läpi, saa lumihiutaleiden muoto aikaan valon hajoamista, heijastumista ja sirontaa. Tämä valosekamelska saa aikaan sen, että lumi näyttää valkoiselta. 

Jokainen lumihiutale on ainutlaatuinen, koska jokainen syntyy hieman eri tavalla. Lämpötila, kosteus, paine ja putoamisreitti vaikuttavat siihen, miten vesihöyry kiteytyy jääksi. 

Lumihiutaleet ovat yleensä koontaan muutamia millimetrejä, 1–5 mm, mutta hyvissä olosuhteissa voi syntyä myös parin sentin kokoisia "jalkarättejä". 

Guinnessin ennätysten kirjan perusteella suurin tietoon tullut lumihiutale oli 38 cm leveä. Se  havaittiin vuonna 1887 Fort Keoghissa, Montanassa, Yhdysvalloissa, mutta koska tätä ei ole dokumentoitu tarkasti, voi tämä jättilumihiutale olla myös tarua. 

Lumihiutaleita on ihailtu ja ihmetelty kautta aikain, mutta (tiettävästi) ensimmäisen tieteellisen katsauksen niihin teki Wilson Bentley (1865–1931). Hän kuvasi tuhansia lumihiutaleita mikroskoopilla.

Japanilainen Ukichiro Nakaya luokitteli lumihiutaleita niiden muodon perusteella ja teki ensimmäisen lumihiutaleiden muotodiagrammin, jonka avulla voidaan selittää hiutaleiden muodostumista ilmakehän eri olosuhteissa.

Otsikkokuvassa on amerikkalaisen Israel Perkins Warrenin (1814–1892) piirroksia lumihiutaleista.

Suomessa lumihiutaletutkimusta ovat tehneet mm. Annakaisa von Lerber ja Jani Tyynelä. 

Nykyisin lumihiutaleiden muodostuminen voidaan mallintaa kvanttifysiikan avulla; lumihiutaleet auttavat puolestaan ymmärtämään kiteiden kasvua ja itseorganisoitumista.

Donna Strickland on vasta kolmas fysiikan Nobelin saanut nainen. Hänen edeltäjiään ovat vuonna 1963 palkinnon saanut Maria Goeppert-Mayer ja kaikkien (?) naisfyysikoiden esikuva, legendaarinen Marie Curie, joka sai palkintonsa vuonna 1903.

Meidän täytyy onnitella kaikkia naisfyysikoita, koska heitä on olemassa ... minulla on kunnia olla yksi heistä", totesi Strickland puhelun saadessaan.

Palkinto tulee juuri sopivasta CERNissä olevan pienen skandaalin jälkeen. Italialainen, hiukkastutkimuslaitoksen kanssa yhteistyössä oleva Alessandro Strumia oli todennut, että fysiikka on miesten tekemää, eikä naisilla siinä ole oikeastaan osaa. Hän sai luonnollisesti tästä typeryydestä punaisen kortin.

Naisasiaksi tätä Nobel-palkintoa ei kuitenkaan kannata kääntää, sillä kyse on isommasta asiasta.

Tai siis pienemmästä: voittajakolmikko on tehnyt tärkeää työtä pienten, lyhyiden ja hyvin voimakkaiden laserpulssien parissa. Tätä tekniikkaa käytetään nykyisin laajalti teollisuudessa ja lääketieteessä, ja se on avannut kokonaan uusia mahdollisuuksia näissä.

Joakim (eli Twitterissä @JoakimRii) toimii yliopistotutkijana Itä-Suomen yliopiston Sovelletun fysiikan laitoksella Kuopiossa.

Hänen tutkimuksensa keskittyy erityisesti äärimmäisen pieniä rakenteita sisältäviin nanohuokoisiin materiaaleihin ja niiden monimuotoisiin sovelluksiin. Tutkimuksissa selvitetään muun muassa miten näitä materiaaleja voidaan hyödyntää tehostamaan lääkeaineiden vaikutusta, keräämään arvokkaita metalleja tai puhdistamaan jätevesiä.

Jälkimmäiseen liittyen Joakim on mukana myös @3A_Water -tiimissä, mikä osallistui taannoiseen Helsinki Challenge -kilpailuun ja pääsi hienosti semifinaaliin. Tiimin esittelyvideo on alla.

Paljain silmin katsottaessa pisaran putoaminen nesteeseen tapahtuu niin nopeasti, ettei siitä oikein näe mitään. Sen sijaan suurnopeuskameralla kuvattuna liike saadaan pysäytettyä, ja tuloksena on muun muassa tämä päivän kuva: pisara, joka on ilmassa, ja sen alla jännittävä nestepatsas sekä rengasmaisia aaltoja.

Kun pisara putoaa nesteeseen, saa se itse asiassa aikaan aaltoliikkeen, rengasmaisesti ympäristöön leviäviä aaltoja, joiden keskipisteessä on yksi erityisen korkea aalto – niin korkea, että se yläosa ponnistaa niin ylös, että se irtoaa nesteestä. Tuloksena on pisara ja sen alla nestepatsas.

Kannattaa kiinnittää huomiota myös pisaran muotoon: se ei ole normaalin, putoavan pisaran muotoinen, vaan pallo, koska itse asiassa tässä kuvan ottamisen hetkellä se on painoton. Pisara kun on fysikaalisesti katsottuna vapaassa heittoliikkeessä ja siksi se muotoutuu pintajännityksen vuoksi hyvin täsmälleen pallon muotoiseksi aivan kuten nesteet avaruudessa.

Kun pisara putoaa takaisin alas, on tuloksena uusi patsas, tosin jo huomattavasti matalampi. Se tuskin enää saa pisaraa irtoamaan kokonaan patsaasta.

Se, miten nestepatsas muodostuu, riippuu (paitsi painovoiman suuruudesta) niin myös ja ennen kaikkea nesteestä sekä siitä, kuinka liikkuvaa se on. Siis mikä on sen viskositeetti. Mitä jähmeämpää se on, sitä matalampi on rengasaaltojen keskelle muodostuva patsas ja sitä epätodennäköisempää on se, että siitä irtoaa pisara samaan tapaan kuin kuvassa.

Nesteiden viskositeetin ja käyttäytymisen tutkiminen ei tuota vain jännän näköisiä kuvia, vaan sillä on myös suoria käytännön sovelluksia; esimerkiksi mustesuihkuprintterit ja polttomoottorien sisällä tapahtuva palaminen ovat suoria nesteiden käyttäytymisen tutkimuksen sovelluskohteita.

Kuva: fdecomite / flickr

Planeetan osaset, aina alkuaineista lähtien, ovat eri-ikäisiä. Molekyylejä ja mineraaleja hajoaa jo muodostuu koko ajan. Maan ydinkin on rakentunut yllättävän vastikään, kuten taannoin kirjoitimme. Mutta nuo kaikki ovat vain sivuseikkoja.

Tässä jutussa on kysymys jostain rakennuspalikkojakin perustavammasta: Painovoimasta ja aika-avaruuden vääristymistä.

Kuuluisan fyysikon, Richard Feynmanin, kerrotaan sanoneen luennollaan joskus 1960-luvulla jotakuinkin seuraavaa: "Gravitaatiopotentiaalin vuoksi Maan ytimen pitäisi olla päivän tai pari pintaa nuorempi".

Feynman tarkoitti sitä, että yleisen suhteellisuusteorian mukaan kellot käyvät sitä hitaammin, mitä suuremmassa gravitaatiokuopassa (eli painovoimapotentiaalissa) ne kulloinkin ovat. Tai siis näyttävät käyvän hitaammin muualta tiirailevan havaitsijan silmin. Omasta mielestään kukin kello käy toimii aivan normaalisti.

Maan ytimessä ollaan keskellä planeetan aiheuttamaa painovoimakuoppaa. Me pinnalla elelijät taas kekkaloimme kuopan rinteellä, mutta planeetta estää meitä tippumasta syvemmälle kuoppaan.

Päivän tai pari. Yksi tai kaksi päivää.

Suunnan voi todeta oikeaksi, jos tuntee jonkin verran suhteellisuusteoriaa. Lukuarvon suuruutta ei kuitenkaan tiettävästi ole aiemmin tarkistettu (tai ainakaan tarkistuslaskuja ei ole julkistettu). Lainausta on käytetty populaaritieteessä, luennoissa ja muuallakin. Luultavasti näin on käynyt Feynmanin tutkijan maineen vuoksi – anekdoottia käyttäneet ovat luottaneet siihen, että kuuluisuus teki laskunsa oikein.

Mutta kun ei tehnyt, ja väite menee päin prinkkalaa. Tämän huomaisi, jos asian tarkistaisi. Tämän todistamiseen liittyvistä laskuista selviäisi lukiofysiikalla tai viimeistään yliopiston fuksikurssien jälkeen.

Kyse on vuosista, ei päivistä.

Idea on yksinkertainen: Ylijäämäenergia varastoidaan jopa useiden päivien ajaksi suuren massan liikkeeseen ympyräradalla.

Kallioon louhittava rata on suojassa ulkomaailman häiriöiltä, ja liikettä vastustava kitka minimioidaan magneettilevitaation avulla. Teraloopin laitteistolla päästään 500 megawatin tehoon ja varastoitavaksi energiamääräksi kaavaillaan 16 gigawattituntia. Skaalattavuus pyöreästi 100 kertaa suuremmaksikin olisi yrityksen väitteiden mukaan myös mahdollista.

Teraloop ilmoittaa saaneensa tukea valtiolta: sekä Fortum että TEKES ovat sen rahoittajien joukossa, minkä lisäksi VTT on Teraloopin yhteistyökumppani. Verorahojen mennessä yrityksen kehittelyyn on oleellista tietää mistä hommassa oikein on kyse.

Projektista ei kuitenkaan ole kerrottu juuri mitään konkreettista julkisuuteen. Se, mitä on kerrottu, pisti muutamien fysiikan ja tekniikan ammattilaisten hälytyskellot soimaan.

Riippumaton työryhmä innostui tekemään laskelmia idean toimivuudesta. Jättimäisen junan 1300 metrin sekuntivauhti ja 70 g:n kiihtyvyys eivät kuulosta realistisilta.

Mikäli tiistaiaamuna julkaistut laskelmat pitävät kutinsa, Teraloopin ehdottama systeemi on erittäin vaikea toteutettava, ehkä jopa käytännössä mahdoton.

Ongelmana luonnonlait

Teraloopin ainoassa toistaiseksi julkisessa patenttihakemuksessa puhutaan 70 miljoonan kilogramman massasta. Siis 70 000 tonnia, eli vastaa noin tuhatta tyypillistä VR:n veturia. Laitteistoa voi siis hyvinkin kutsua massajunaksi.

Jotta junan liikkeeseen saadaan varastoitua luvattu täysi 16 GWh:n kapasiteetti, se täytyy kiihdyttää huimaan vauhtiin. Huippunopeus olisi lähes 1300 metriä sekunnissa, eli liki nelinkertaisesti äänen nopeus ilmassa.

Yliääninopeudesta johtuvien shokkiaaltojen vuoksi voitaneen olettaa, että junatunneli pumpataan ilmasta tyhjäksi. Tuo, tai suuren nopeuden saavuttaminenkaan, ei kuitenkaan ole muuta kuin vain ratkaistavissa oleva tekninen haaste. Todellinen ongelma on nimittäin kaareva rata, eikä sitä niin vain ratkaistakaan.

Massajunaa on tarkoitus pyörittää ympyräradalla, jonka leveys on 5 kilometriä ja kokonaispituus vajaat 16 km. (Skaalaus on toki mahdollista, mutta mikäli radasta tulee merkittävästi pidempi, siihen kuluu enemmän rahaa ja materiaaleja. Pienempi rata taas kasvattaa nopeutta ja ongelmien suuruusluokkaa, mikäli varastointikapasiteetti halutaan pitää samana.)

Huippunopeudella kulkiessaan juna pyrkii puskemaan itseään ulkokaarretta kohti 70 g:n kiihtyvyydellä. Tuo on samaa luokkaa kuin jyrkkää rataa kiertoradalta Maahan palaavilla aluksilla. Miehittämättömillä siis – ihminen ei tuota mitenkään kestäisi.

Ympyräradalla huristelevan massajunan suunta muuttuu jatkuvasti, mutta juna haluaisi jatkaa viivasuoraan. Ilmiö tunnetaan kansankielessä nimellä keskipako(is)voima. Jos junassa olisi 80 kg massainen matkustaja (joka vielä selviää kiihtyvyydestä), hänestä tuntuisi tuolloin että painaakin 5600 kg!

Ainoa mikä pitää junan irti tunnelin seinästä on magneetit. Työryhmän laskelmien mukaan tarvitaan 3 T (teslan) suuruinen magneettikenttä, jotta vehje pysyy radallaan ja irti seinistä. Hieman voimakkaampi kuin magneettikuvauslaitteiden kenttä, mutta ulottuvuuden täytyy kattaa koko 16 km pituinen juna. Pahaksi onneksi kaikki tunnetut kestomagneetit kuitenkin tuhoutuisivat sellaisessa kentässä.

Korvaajaksi kelpaavat sähkömagneetit, mutta riittävä määrä taas painaisi monin verroin itse junan verran. Kentän luominenkin vaatisi lähes yhtä paljon energiaa kuin mitä junaan on tarkoitus varastoida.

Sekä junan nopeus, magneettikenttä, että kiihtyvyys antavat osviittaa siitä, että jotain on nyt pielessä. Joko tietoisesti tai vahingossa. On vaikea sanoa, kumpi on pahempi vaihtoehto.

Vaikka startup-yritysten kuuluukin lupailla rahoittajille kuu taivaalta, rajansa kaikella. Voiko todella olla niin, että valtiolta rahoitusta saanut projekti osoitetaan käytännössä mahdottomaksi lukiotason fysiikalla? Uutta tietoa: Vihreän Langan saaman tiedon mukaan TEKES on myöntänyt Teraloopin kehittämiseen enintään 260 000 euron laina. Myöntö perustuu arvioon, jonka mukaan Teraloop on toteuttamiskelpoinen hanke.

Voi vain toivoa, että ideaa kriittisesti katsonut työryhmä on väärässä. Mutta silloin Teraloopilla pitäisi olla jokin vielä julkistamaton patenttiässä tai muutama hihassaan.

Emme useista yrityksistä huolimatta saaneet yrityksen johtavia edustajia kiinni arvioiden paikkansapitävyyden varmistamiseksi tai lausunnon saamiseksi.

Entä jos laite hajoaa?

Teraloopin massajunan onnettomuus voisi ainakin teoriassa olla tuhoisa.

Täydessä energialastissa ollessaan junan liike-energia vastaa noin 14 TNT-kilotonnia, eli pyöreästi Hiroshiman atomipommia. Massajunan 'raiteilta' suistuminen siirtäisi energian suoraan ympäröivään kallioon.

Syntyvän maanjäristyksen voimakkuus olisi magnitudiltaan noin 4. Ero ydinlatinkiin tai maanjäristykseen olisi, ettei tärähdyskohta missään nimessä olisi pistemäinen. Energiamäärä jakautuisi räjähdysten sarjana pitkin koko tunnelia.

Patenttihakemuksessa puhutaan myös skaalattavuudesta useiden terawattituntien varastointiin. Sellaisen massajunan seinään ajo vastaisi muutamien megatonnien ydinräjähdystä, ja saisi aikaan mag 7 maanjäristyksen.

Uutta tietoa 12.4.2016 klo 14.30: Kävimme lyhyen sähköpostikeskustelun Teraloopin Chief Operations Officerin kanssa. Ensimmäinen vastaus (alla) oli ilmeisesti täsmälleen sama valmiiksi muotoiltu vastaus kuin minkä Vihreä Lankakin sai, mutta lopulta saimme kysymyksiimme suorat vastaukset: Yhtiö ei halua kommentoida haettujen tai jo myönnettyjen patenttien määrää tai laatua, tai laskuissa käytettyjen suureiden totuudenmukaisuutta tai realistisuutta, eikä antaa käyttöömme edes vihjeitä realistisempia tuloksia tuottavista arvoista. "This information is unfortunately confidential", vastasi yhtiön edustaja ykskantaan.

*

Tiedetuubi raportoi tässä asiasta yht'aikaisesti Vihreän Langan kanssa.

Juttu pohjautuu kuuden fysiikan ja tekniikan alan ammattilaisen blogeissaan (Zygomatica, PassiiviIdentiteetti, Gaia, Kaikenhuippu, Palautekytkentöjä) julkistamiin laskelmiin.

Alla Teraloopin edustajan viesti, joka summaa yhtiön suhtautumisen kritiikkiin varsin hyvin. Ensin suomeksi käännettynä, sitten alkuperäiskielellä englanniksi.

Lähettäjä: Philippe Pepin
Vastaanottaja: Jarmo Korteniemi

Hei, Jarmo

Ensinnäkin, kiitoksia mielenkiinnostanne projektiamme kohtaan; olemme tyytyväisiä huomatessamme yleisön kiinnostuvan Teraloopista. Haluamme kuitenkin nyt selkiyttää eron useissa lehdissä julkaistun käsitteellisen käyttökelpoisuuden, sekä julkaisemattoman tavoitteellisen suorituskyvyn välillä.

Teraloopin menetelmän käyttökelpoisuutta on tutkittu pitkäaikaisesti Teknologian tutkimuskeskuksessa (VTT), joka teki tarkan käyttökelpoisuustutkimuksen luonnossuunnitelmastamme. Tuloksena saadut käyttökelpoisuusraportit osoittavat suurta potentiaalia, mutta kommentoijien pitäisi ymmärtää, että lopullinen kaupalllistettu tuote, joka on suunniteltu parametreiltään ja suorituskyvyltään optimaaliseksi eikä maksimaaliseksi.

Jatkuva kehityksemme ei ole julkista emmekä vastaa spekulaatioihin massan emmekä magneettisten tai sähköisten systeemien rakenteiden osalta. Korostamme kuitenkin, että turvallisuus ja joustavuus [sietokyky?] ovat avainasemassa suunnittelutyössämme.

Toivomme, että Suomen riippumaton teknologiayhteisö tukee tässä tilanteessa suomalaista innovaatiota; teemme jatkuvaa tilannekatsausta saatavilla olevista resursseistamme ja odotamme innolla päästäksemme työskentelemään kyvykkäiden yksilöiden ja organisaatioiden kanssa, siirtyessämme eteenpäin etenemissuunnitelmamme mukaisesti.

Ystävällisin terveisin,
Philippe

==========

From: Philippe Pepin
To: Jarmo Korteniemi

First of all, we thank you for your interest in our project; we are pleased to note the public interest towards Teraloop. We would like to take this opportunity however to disambiguate between the conceptual feasibility, published in a number of journals, and our target performance parameters, which are not published.

The feasibility of Teraloop’s system has been the subject of a long term evaluation by Teknologian tukimuskeskus VTT, who conducted a rigorous feasibility study of our concept design. The resulting feasibility reports show great potential but commentators should understand that a final commercialised product will have design parameters selected for optimal, rather than maximum, performance.

Our continued developments are not in the public domain and we will not respond to speculation as to the configurations of mass, magnetic or electrical systems. However we do emphasise that security and resilience are key considerations during our development.

We hope that the independent tech community in Finland will take the opportunity to be supportive of a Finnish innovation; we are continually reviewing our available resources and look forward to working with talented individuals and organisations as we progress through our development roadmap.

Kind regards,
Philippe

Päivitys 12.4.2016 klo 11.50: Korjattu muutamia typoja ja lisätty selittäviä lauseita.

Otsikkokuva: Teraloop

Skotlantilainen fyysikko James Clerk Maxwell tunnetaan työstään sähkön ja sähkömagneettisuuden parissa, mutta hän pohti myös laajemmin fysiikkaa. Yksi hänen miettimistään aiheista oli entropia.

Lämpödynamiikan toinen pääsääntö sanoo, että suljetussa systeemissä epäjärjestys, eli entropia kasvaa koko ajan. Konkreettisesti tämä näkyy esimerkiksi kotona siten, että jos siellä ei siivoa säännöllisesti, paikat menevät vähitellen sekaisin ja lopulta tavarat ovat sikin sokin joka puolella. 

Oikeasti luonnossa tapahtuu myös samaa: kun esimerkiksi suljettuun säiliöön suihkutetaan kylmää kaasua, se levittäytyy lopulta joka puolelle ja lämpötilaerot tasaantuvat.

Maxwell mietti juuri tällaista suljettua kaasusäiliötä, ja pyrki löytämään tapauksia jolloin entropia ei kenties lisääntyisi. Siis lämpödynamiikka ei toimisi kuten teoria sanoo. Paras tapa testata teoriaa on yleensä koettaa löytää tapauksia, joissa se ei toimisi.

Vuonna 1867 esittelemässään ajatuskokeessa Maxwell kuvitteli kaasusäiliön, joka jaettiin kahtia väliseinällä ja seinään oli laitettu pieni luukku. Sitä vartioi pikku olento, jota Maxwell kutsui demoniksi, pikku pirulaiseksi. Se pystyy luukkua avaamalla ja sulkemalla erottelemaan hitaat kylmät ja nopeat lämpimät hiukkaset omille puolilleen ja luomaan näin lämpötilaeron, vastoin termodynamiikan oppeja.

Kaasusäiliöissä ei luonnollisestikaan ole demoneita, mutta nyt Aalto-yliopiston tutkijat ovat onnistuneet rakentamaan sellaisen nanoteknologian avulla. Autonominen nanotekninen Maxwellin demoni tekee mahdolliseksi termodynamiikan mikroskooppisen tutkimisen, ja tämä osana tohtorikoulutettava Jonne Kosken väitöskirjaa oleva löytö on sen verran merkittävä, että sen tulokset julkaistiin juuri Physical Review Letters -tiedejulkaisussa.

"Rakentamamme järjestelmä on yhden elektronin transistori, joka muodostuu pienestä metallisaarekkeesta, joka on yhdistetty kahteen johtimeen suprajohtavista materiaalista tehdyillä tunnelikytkennöillä", selittää akatemiaprofessori Jukka Pekola.

"Järjestelmään kytketty demoni on myös yhden elektronin transistori, joka seuraa järjestelmän elektronien liikettä. Kun elektroni tulee saarekkeelle, demoni vangitsee sen positiivisella varauksella; kun elektroni lähtee saarekkeelta, demoni hylkii sitä negatiivisella varauksella ja pakottaa sen liikkumaan ylämäkeen, mikä laskee järjestelmän lämpötilaa."

Demonista tekee autonomisen eli omavaraisen se, että se hoitaa sekä mittaamisen että palautteen antamisen ilman ulkopuolista apua.

Lämpötilamuutokset kertovat demonin ja järjestelmän välisestä korrelaatiosta, eli periaatteessa siitä, mitä demoni tietää järjestelmästä. Tutkimus ei olisi ollut mahdollinen ilman Aalto-yliopiston Kylmälaboratoriossa saavutettavia olosuhteita.

"Työskentelemme äärimmäisen matalissa lämpötiloissa, joten systeemi on eristetty niin hyvin, että äärimmäisten pienten lämpötilanmuutosten rekisteröinti on mahdollista", Pekola kuvailee.

"Elektroninen demoni reagoi ja antaa palautteen nopeasti, alle mikrosekunnin viiveellä, ja sillä voidaan tehdä lukemattomia toistokokeita, kun taas maailmalla molekyyleistä demoneita tehneet kollegat joutuvat tyytymään joihinkin satoihin toistoihin."

Tutkimus on puhdasta perustutkimusta, mutta sen tulokset ovet erittäin kiinnostavia myös käytännön sovellusten kannalta. Sen avulla voidaan esimerkiksi päästään lähemmäksi ns. palautuvaa laskentaa hyödyntävää tietokonetta. Palautuva laskenta, eli reversible computing, tekee muun muassa mahdolliseksi tietokoneiden paremman energiatehokkuuden.

Lisäksi siitä on mahdollisesti apua vallankumouksellisten kvanttitietokoneiden kehittämisessä.

"Koska työskentelemme suprajohtavien virtapiirien kanssa, pystymme valmistamaan kvanttitietokoneiden kubitteja", kertoo Pekola. 

"Seuraavaksi haluammekin tarkastella näitä samoja ilmiöitä kvanttitasolla."

Linkki artikkeliin:
J. V. Koski, A. Kutvonen, I. M. Khaymovich, T. Ala-Nissilä and J. P. Pekola "On-chip Maxwell’s demon as an information-powered refrigerator"

Juttu perustuu Aalto-yliopiston tiedotteeseen.