Miten aine käyttäytyy kylmässä, siis noin 5–50 astetta absoluuttisen nollapisteen yläpuolella?
Kysymys voi äkkiseltään vaikuttaa triviaalilta: noin kylmiin lämpötiloihin ei maan päällä pääse kuin erikoislaitteilla. Mutta katsottaessa kauemmas tilanne muuttuu, huomauttaa Helsingin yliopiston aineen ja valon vuorovaikutuksen kemian professori
– Maailmankaikkeuden keskilämpötila on vain kolme kelviniä. Tutkiessamme matalan lämpötilan kemiaa tutkimme itse asiassa aineelle hyvin tyypillisiä olosuhteita, Lundell toteaa.
Näissä lämpötiloissa moni arkisemmasta kemiasta tuttu asia on toisin. Esimerkiksi heikosti reagoivat jalokaasut kiteytyvät, minkä jälkeen ne muodostavat uudenlaisia molekyylirakenteita. Näitä puolestaan voidaan säätää valolla.
Esimerkiksi Lundell ottaa muurahaishappomolekyylin, jolla on kaksi avaruudellista muotoa. Kylmennettynä molekyyliä voi muokata valolla niin, että hapon rakenne kääntyy pysyvämmästä rakenteesta korkeampienergiseen muotoon.
–Samalla molekyylin ominaisuudet muuttuvat: se reagoi eri tavalla ja saattaa vaikka hajota eri aineiksi, Lundell selittää.
Helsingin yliopiston matalan lämpötilan laboratoriossa on luotu esimerkiksi ensimmäinen tunnettu neutraali argonyhdiste, h-argon.
– Se tosin hajoaa heti kun lämpötila nousee. Mutta avaruudesta sitä voisi ainakin teoriassa löytyä, Lundell kertoo.
Aine toimii toisin kylmässä
Aineen tutkiminen matalissa lämpötiloissa on pohjimmiltaan perustutkimusta, jossa pyritään ymmärtämään kemiallisen maailman monimuotoisuutta. Lähellä absoluuttista nollaa kemiallisten vuorovaikutusten roolit muuttuvat. Lundellin tutkimissa lämpötiloissa korostuvat aineen heikot vuorovaikutukset, joissa atomit eivät vaihda elektroneja vaan reagoivat sähköisesti. Niitä tunnetaan edelleen huonosti.
– Emme vielä tunne ollenkaan kaikkia mahdollisia tapoja, joilla aine käyttäytyy avaruutta vastaavissa olosuhteissa. Jos löydämme uusia yhdisteitä tai kiinnostavia reaktioita, seuraava kysymys on aina se, miten näitä voitaisiin mahdollisesti hyödyntää.
Esimerkiksi mikropiireissä tarvittavien piikiekkojen valmistuksessa käytettyjä yhdisteitä on löydetty näin kokeilemalla.
Tässä etsinnässä Helsingin yliopiston matalan lämpötilan laboratorio on maailman parhaita, Lundell kehuu.
Hän on itse aloittanut laboratoriossa vuonna 1991 maisteriopiskelijana ja väitteli Helsingin yliopistossa 1995. Välillä hän oli pitkään muualla, esimerkiksi Puolassa, Turkissa ja Israelissa. Vuosina 2009–2025 Lundell toimi Jyväskylän yliopistolla kemian professorina ja johti laitosta 2010–2018.
Kaiken aikaa Lundell teki yhteistyötä Helsingin yliopiston kanssa. Tänne hän palasi professoriksi vuoden alussa.
LUMAa johtamassa
Professuuri vie puolet Lundellin työajasta. Toinen puoli menee tiedekasvatusta koululaisille järjestävän
Lundell näkee LUMA:lla kaksi tehtävää.
Yhtäältä se pyrkii innoittamaan nuoria luonnontieteellisten aineiden pariin, toisaalta kehittämään näiden aineiden opettajien osaamista.
– Luonnontieteellisen osaamisen kasvattaminen on keskeistä jo ihan kilpailukyvyn ylläpidon kannalta, Lundell toteaa.