Simo Huotari – Piilossa olevan läpivalaisija

26.4.2017
Kokeellisen materiaalifysiikan tuore professori Simo Huotari selvittää aineen rakennetta kohteissa, joiden tutkiminen perinteisillä menetelmillä on vaikeaa tai mahdotonta. Esimerkiksi ylikriittisessä vedessä.

Otetaan joitain mikrogrammoja vettä. Puristetaan se timanttipuristimella parisadan ilmakehän paineeseen ja lämmitetään noin 400 Celsius-asteeseen. Tämän jälkeen ammutaan sitä röntgensäteillä.

Suunnilleen näin menee Helsingin yliopiston kokeellisen materiaalifysiikan professorin Simo Huotarin tyypillinen koe. Sillä hän yrittää selvittää, miten veden elektronit käyttäytyvät paineen alla ja kovassa kuumuudessa, ylikriittiseksi kutsutussa tilassa.

– Tiedämme, että ylikriittinen vesi on voimakas liuotin, mutta sen tarkka kemia on vielä auki. Kokeillamme pyrimme tuomaan siihen selvyyttä.

Kysymys ei myöskään ole pelkästään akateeminen. Hurjan kuuloinen koeasetelma simuloi olosuhteita syvällä Maan kuoressa.

Huotari tekee tutkimusta yhdessä muun muassa kemistien ja geotieteilijöiden kanssa. Hänen varsinainen osaamisalueensa on tutkimuksessa käytetty tekniikka, tarkemmin sanottuna epäelastinen röntgensirontaspektroskopia.

Siinä Huotari luo kimpun röntgenfotoneita, jotka ammutaan tutkittavana olevaan ylikriittiseen veteen. Fotonit ovat vuorovaikutuksessa vesimolekyylien elektronien kanssa ja jatkavat matkaansa.

Näytteen toisella puolella fotonit pyydystetään ja mitataan niiden energiajakauma.

– Energiajakaumasta voimme nähdä, miten fotonit ovat veden kanssa vuorovaikuttaneet. Tästä voimme edelleen päätellä, miten ylikriittinen vesi on järjestäytynyt.

Huotarin käyttämä tekniikka on äärimmäisen herkkää. Niinpä se ei onnistu tavallisella röntgensäteilyllä, vaan sitä varten tarvitaan varta vasten rakennetussa hiukkaskiihdyttimessä eli synkrotronissa tehtyä synkrotronisäteilyä. Se on tavallista röntgensäteilyä kirkkaampaa, minkä vuoksi se paljastaa enemmän yksityiskohtia aineen rakenteesta.

Suomesta ei synkrotroneja löydy. Suurimman osan kokeistaan Huotari tekee Ranskassa sijaitsevassa yhteiseurooppalaisessa European Synchrotron Radiation Facility -laboratoriossa (ESRF).

Sen ansiosta hänen työnsä on maailman kärkeä. Vuonna 2011 Huotari kollegoineen julkaisi menetelmän, jolla keveitä aineita voidaan tutkia molekyylitasolla silloinkin, kun ne ovat toisen aineen sisällä näkymättömissä.

Samoja oppeja käytetään myös ylikriittisen veden salojen selvitykseen.

Lue lisää aiheesta: Kestävä kehitys