Puhtaus on taitolaji

Ilman hiukkaskiihdyttimiä työskentelevät ydin- ja hiukkasfysiikan tutkijat haluavat usein sijoittaa koelaitteensa mahdollisimman syvälle maan alle. Usein puhutaan astrohiukkasfyysikoista. Heidän tutkimuskohteensa kattavat laajan alueen, lähtien kosmisten säteiden koostumuksesta jä syntymekanismeista pimeän aineen hiukkasten löytämiseen ja identifiointiin sekä aineen stabiilisuuden ja neutriinon luonteen selvittämiseen.

Neutriinot yleisesti näyttelevät tutkimuksissa pääroolia, tavalla tai toisella. Vaikka kaikkia niiden ominaisuuksia ei vielä olekaan saatu selville, niitä voidaan kuitenkin käyttää työkaluna monen mielenkiintoisen ja tärkeän asian tutkimiseen. Tämä johtuu niiden tavattoman heikosta vuorovaikutuksesta aineen (sekä tavallisen että pimeän) kanssa. Ne sopivat siten hyvin erittäin tiheiden tai suurikokoisten kappaleiden tutkimukseen, esimerkiksi supernovien räjähdysmekanismin selvittämiseen, Maapallon sisäisen energiatuotannon mittaamiseen tai Auringon sisäosien tutkimiseen.

Neutriinoiden tavattoman heikolla vuorovaikutuksella on myös kääntöpuolensa: koelaitteidenkin tarvitsee olla suurikokoisia ja seuraavan sukupolven koelaitteet ovatkin jo kerrostalon kokoisia. Lisäksi ne pitää rakentaa syvälle maan alle, mielellään noin puoleentoista kilometriin tai syvemmälle.

Kokeellisessa astrohiukkasfysiikassa kolme tärkeintä asiaa ovat: puhtaus, puhtaus ja puhtaus. Koelaitteen ja ympäröivien tilojen tulee olla puhtaudeltaan leikkaussalitasoa, varsinkin radioaktiivisessa mielessä, mutta mielellään muutenkin. Yhdysvalloissa Etelä-Dakotassa Sanfordin maanalaisessa laboratoriossa (1.5  km syvyydellä; entinen Homestaken kaivos) on esimerkiksi valmistettu elektrolyyttisesti ultrapuhdasta kuparia koelaitteeseen, jolla etsitään neutriinotonta kaksoisbeetahajoamista. Tätä kuparia ei koskaan tuoda laboratoriosta Maan pinnalle koska se 'saastuisi' kosmisten säteiden vaikutuksesta.

Suuri osa minka tahansa kokeen rakentamisesta ja ilmaisinkehitystyöstä keskittyy koelaitteen radioaktiivisuusmittauksiin ja keinojen etsimiseen aktiivisuuden pienentämiseen. Pyhäsalmen kaivoksessa 1430 metrin syvyydellä olevassa laboratoriotilassa toimii niin sanottu C14-koe. Se on myös osa isompaa ilmaisinkehitystyötä, jossa pyritään löytämään matala-aktiivista nestetuikeainetta tuleviin suurikokoisiin koelaitteisiin. Koe toimii Jyväskylän ja Oulun yliopistojen sekä Venäjän tiedeakatemian yhteistyönä.

Pyhäsalmen kaivos pystyy tarjoamaan astrohiukkasfyysikoille muutenkin erinomaiset olosuhteet, infrastruktuuriltaan todennäköisesti maailman parhaat. Fysiikan tutkimustoimintaa on siellä ollut käynnissä jo useita vuosia. Toivottavasti myös jatkossa.

Timo Enqvist

 

Viimeksi päivitetty: 23.11.2017