Kysymys 1: Milloin tiesit, että haluat tutkijaksi?
Olen halunnut tutkijaksi niin kauan kuin muistan. Alle kouluikäisenä ymmärsin luontoa ja sen lakeja paremmin kuin ihmisiä. Olin erityisen kiinnostunut hyönteisistä ja muista pikku ötököistä. Sikäli on luonnollista, että aikuisena halusin tutkia luontoa ja koko sen olemusta.
Kysymys 2: Mikä on suurin inspiraation lähteesi?
Johannes Kepler. Hänen aikanaan uskottiin, että planeettojen kiertoradat ovat täydellisiä ympyröitä, Kepler uskalsi hylätä vakiintuneen käsityksen ja osoitti, että kiertoradat ovat elliptisiä.
Hänen esimerkkinsä on innostanut minua kriittiseen ajatteluun. Häneltä olen oppinut, että emme aina osaa kysyä oikeita kysymyksiä ja meidän pitää olla avoimia yllättäville vastauksille.
Konjunktio tarkoittaa, että Merkurius, Maa Aurinko ovat samalla suoralla linjalle. Kun Merkurius ja Maa ovat samalla puolella Aurinkoa, Maassa nähdään Merkuriuksen ylikulku.
Kepler ennusti planeettojen ylikulut
Laskelmien ja aiempien havaintojen perusteella tähtitieteilijä Johannes Kepler ennusti sekä Venuksen että Merkuriuksen kulkevan Auringon kiekon edestä vuonna 1631.
Johannes Kepler kuitenkin kuoli ennen kuin hän sai teoriansa vahvistettua, mutta kolme muuta tähtitieteilijää, muun muassa ranskalainen Pierre Gassandi, tarkkailivat Merkuriuksen ylikulkua 7. marraskuuta 1631. Ylikulku tapahtui viisi tuntia ennen Johannes Keplerin arvioimaa ajankohtaa.
Venuksen ylikulku tapahtui samana vuonna 6. joulukuuta, mutta koska sitä oli vaikea nähdä Euroopassa, havaintoja ei juuri tehty tai niistä ei ole tietoja.
Merkuriuksen ylikulku vuonna 1631 oli ensimmäinen kerta, kun ihminen näki planeetan ylikulun ja tiesi, mitä näki.
Kysymys 3: Mikä on sinusta ihmisen suurin saavutus?
Kvanttimekaniikan keksiminen. 1900-luvun ensimmäisellä puoliskolla tutkijat olivat jo päässeet jyvälle atomeista, molekyyleistä ja atomia pienemmistä hiukkasista, mutta moni kysymys oli vielä vailla vastausta. Kaikkein pienimpien hiukkasten käyttäytymistä ei voida selittää tavanomaisen fysiikan laeilla.
Monien oivaltavien kokeiden ja tutkimusten kautta tutkijat saivat selville kvanttimekaniikan lait. Ne tuntuivat olevan arkiymmärryksen vastaisia, mutta nyt tiedetään, että nämä lait ohjaavat maailmankaikkeutta.
KUKA?
Nimi ja syntymäaika: Gerard ’t Hooft, s. 1946.
Tittelit: Teoreettisen fysiikan tohtori Utrechtin yliopistossa. Sieltä hän myös valmistui vuonna 1972.
Tieteellisiä saavutuksia: Sai vuonna 1999 yhdessä alankomaalaisen Martinus J. G. Veltmanin kanssa Nobelin fysiikan palkinnon heikon vuorovaikutuksen kvanttiluonteen selittämisestä matemaattisen kenttäteorian avulla. Tutkinut muun muassa mustia aukkoja, kvanttimekaniikkaa ja mittakenttäteoriaa. Mittakenttäteoria on matemaattinen teoria, jota käytetän muun muassa hiukkasfysiikassa, säieteoriassa ja yleisessä suhteellisuusteoriassa.
Yksityiselämä: Gerard t' Hooft asuu Utrechtissa Alankomaissa. Hänellä on seitsemän lasta.
Kysymys 4: Mikä on sinusta merkittävin saavutuksesi tutkijana?
Väitöskirjaa tehdessäni löysin uusia ratkaisuja fysiikan ongelmiin, joita ohjaajani Martinus J G. Velt oli tutkinut kymmenen vuotta.
Kehitimme uusia ideoita, joiden pohjalta kehitettiin uusi teoria kvanttikentistä. Työ toi minulle paljon kansainvälistä tunnustusta ja vuonna 1999 saimme siitä Veltmanin kanssa Nobelin fysiikan palkinnon. Palkintoperustelujen mukaan olimme ”valaisseet heikon vuorovaikutuksen kvanttiluonnetta”.
Kysymys 5: Mikä on sinusta suurin kysymys, johon ei vielä ole vastausta?
Miten yhdistää suhteellisuusteoria, joka käsittelee aika-avaruuden kaareutumista, ja kvanttimekaniikan teoria. Olemme tottuneet kuvaamaan luontoa kolmella tilaulottuvuudella ja yhdellä ajallisella ulottuvuudella, mutta se ei riitä kaikkien maailmankaikkeuden ilmiöiden kuvaamiseen.
Siksi on luotu niin sanottu säieteoria, joka käsittää kaikki tunnetut luonnonvoimat, mutta sen paikkansapitävyydestä ei ole todisteita. Itse uskon, että vastauksia pitää etsiä muualta, mutta avoimia kysymyksiä on vielä paljon.
Katso selitys ajan vääristymisestä
Kysymys 6: Kenen elävän tai historiallisen henkilön haluaisit tavata?
Johannes Keplerin. Haluaisin kysyä, mitkä olivat hänen tutkimuksensa suurimmat ongelmat ja miten hän ratkaisi ne. Tosin oma kokemukseni on, että idoliensa kohtaaminen on usein pettymys.
Olen käynyt pitkiä keskusteluja yhdysvaltalaisfyysikko Richard Feynmanin ja brittifyysikko Paul Diracin kanssa, mutta emme ole koskaan ehtineet puhua kaikkein tärkeimmistä kysymyksistä.
Richard Feynman ja Paul Dirac saivat Nobelin fysiikanpalkinnoon vuosina 1965 ja 1933.
Kysymys 7: Mikä tieteellinen tutkimustulos on viimeksi saanut sinut kunnolla innostumaan?
Vahvistus sille, että neutriinoita on olemassa. Kun neutriinojen olemassaolo pääteltiin teoreettisesti vuonna 1930, kukaan ei edes kuvitellut, että niitä voisi joskus oikeasti nähdä.
Nyt ne voidaan paitsi nähdä myös punnita. Vaikka yksittäisen neutriinon massa on hyvin pieni, on laskettu, että kaikkien maailmankaikkeuden neutriinojen massa on yhtä suuri kuin kaikkien näkyvien tähtien.
Katso, miten kaksi jättimäistä ilmaisinta USA:ssa ja Japanissa yrittää havaita arvoituksellisia neutriinohiukkasia, jotka ehkä antavat vastauksen sille, miksi me olemme olemassa.
Valonpilkahdus paljastaa neutriinon
Japanilaista Hyper-Kamiokande-ilmaisinta rakennetaan käytöstä poistettuun sinkkikaivokseen Nijugoyama-vuoreen. Ilmaisimessa on 60 metriä korkea lieriömäinen vesisäiliö, jonka halkaisija on 74 metriä. Tutkijoiden toiveena on, että maapallon läpi viilettävä neutriino törmää säiliössä vesimolekyyliin. Jos näin käy, syntyy valonpilkahdus, josta tutkijat voivat päätellä, minkä tyyppisestä neutriinosta on kysymys ja mistä se on peräisin.
Säiliö valetaan vuoren sisään
Ilmaisinta varten tehdään 650 metrin syvyyteen vuoren sisään onkalo, jonka seinämät päällystetään betonilla ja vahvistetaan terästangoilla. Sen jälkeen seinämät saavat toisen betonikerroksen, joka päällystetään vielä vedenpitävällä muovikerroksella. Pinnat peitetään valoantureilla, jotka havainnoivat neutriinon jälkiä.
Ilmaisin täytetään ultrakirkkaalla vedellä
Ilmaisimen vesisäiliöön pannaan 258 miljoonaa litraa vettä. Vedestä poistetaan kaikki epäpuhtaudet, jotta neutriinon synnyttämä valonpilkahdus näkyy siinä. Vesi kulkee monen suodattimen kautta, ja se käsitellään niin sanotulla käänteisosmoositekniikalla. Lopuksi vedestä poistetaan pienimmätkin ilmakuplat.
Törmäys tuottaa valokeilan
Kun neutriino – tai antineutriino – törmää atomiytimeen vesimolekyylissä, syntyy sähköisesti varautunut hiukkanen – elektroni, myoni tai tau – joka etenee vedessä kovaa vauhtia. Mennessään hiukkanen säteilee heikkoa sinertävää valoa, niin sanottua Tsherenkovin säteilyä, joka leviää keilamaisesti.
Anturi havaitsee törmäyksen valon
Vesisäiliön seinämissä on 40 000 äärimmäisen herkkää valoanturia. Kunkin anturin läpimitta on 50 senttiä. Anturien elektroniikka muuttaa heikoimmankin valonpilkahduksen mitattavaksi sähköiseksi signaaliksi. Signaaleja analysoimalla voidaan päätellä, minkälainen neutriino valon on tuottanut.