Järvenpään lukiolaiset pimeää ainetta etsimässä

TASS projekti (Trans Atlantic Science School project) toteutui tammikuun viimeisellä viikolla 2016 jo kolmannen kerran. Mukana oli viisi suomalaista lukiota: Järvenpään lukio, Mikkelin lukio, Vaskivuoren lukio, Turun Normaalikoulun lukio sekä Suomalaisen Yhteiskoulun lukio. Kustakin lukiosta oli mukana neljä opiskelijaa ja yksi opettaja. Yhdysvalloista oli mukana kaksi lukiota Montgomery High School (20 opiskelijaa ja yksi opettaja) sekä Thomas Wootton High School ( neljä opiskelijaa ja yksi opettaja). Montgomery High Schoolin fysiikan opettaja James Schaefer oli tehnyt mittavan työ järjestäessään kouluillemme mahdollisuuden tiedeleirille Fermilabiin  Chicagoon ja Chicagon yliopistoon 25.1.-30.1.2016. Ennen tiedeleiriä olivat suomalaisopiskelijat tehneet opintokäynnin joulukuussa 2015 Helsingin Yliopiston kiihdytinlaboratorioon ja selvittäneet perusperiaatteet, miten varattuja hiukkasia kiihdytetään, ohjataan ja havainnoidaan. Opiskelijaryhmät tekivät annetusta aiheesta projektityön joka täydennettiin valmiiksi tiedeleirin jälkeen.

 

Kuva 1. TASS-projektiryhmä

Aikaisin maanantaiaamuna suuntasimme kohti Helsinki-Vantaan lentokenttää, josta koneemme oli määrä lähteä kohti Amsterdamia. Järjestelmä ei suostunut tekemään muutaman opiskelijan lähtöselvitystä Chicagoon asti, mutta tiskillä kaikki onnistui. Paikkamme oli ripoteltu sinne tänne, mutta se ei haitannut. Amsterdamissa odottelimme muutaman tunnin jatkolentoa ja kahdeksan ja puolen tunnin lennon jälkeen olimmekin perillä Chicagon O Haren lentokentällä. Läpimeno maahantulomuodollisuuksista oli nopein mitä kokeneimmat USAn kävijät olivat kokeneet. Koko läpimeno kesti vajaan tunnin!  Tämän kertaisen projektin pääsuunnittelijan James Shaeferin tilaama bussi nouti meidät lentokentältä ja vei meidät majoituspaikkaan. Tapasimme majoituspaikasamme 25 Montgomery High Schoolin projektilaista ja jakauduimme huoneisiimme ja kävimme sen jälkeen ylipursuavalla amerikkalaisella hampurilaispäivällisellä läheisessä ravintolassa. Aterian jälkeen käsiteltiin seuraavan päivän briifaus, aikataulut ja ohjelma Fermilabiin. Saa nähdä mikä USAn suurimmassa ja maailman toiseksi suurimmassa kiihdytinlaboratoriossa meitä odottaa!

Tiistaiaamuna aamiaisen jälkeen läksimme keltaisella koulubussilla lyhyelle kaupunkikierrokselle Genevaan, jossa majapaikkamme sijaitsi. Kierroksen jälkeen suuntasimme Fermilabiin, USAn suurimpaan kiihdytinlaboratorioon. Täällä tutustuimme pienryhmissä Fermilabin toimintaan. Pirteä ryhmänjohtajamme, eläköitynyt fysiikan opettaja, esitteli perusvuorovaikutukset ja standardimallin sekä mitä emme vielä tiedä vaan arvelemme tietävämme. Saimme selville, että Fermilab on keskittynyt neutriinotutkimukseen, ja suurin kiihdytin, Tevatron, on museoitu kolme vuotta sitten. Katso tästä, kuinka neutriinoja valmistetaan.

Kuva 2. Fermilabin valtava neutriinoilmaisin.

Lounaan jälkeen seurasimme professori Don Lincolnin luentoa perusvuorovaikutuksista, standardimallista, supersymmetriasta ja pimeästä aineesta. Hän otti heti oppilasryhmän mukaansa tempaavan esitykseen, joka poiki suuren määrän opiskelijoiden kysymyksiä alan huipputietäjältä. Hän kertoi  Fermilabissa tehtävästä neutriinotutkimuksesta. Don oli mukana tutkimusryhmässä joka tunnisti Tevatron kiihdyttimellä vuonna 1995 tuotetun standardimallin ennustaman viimeisen "perushiukkasen" ,topkvarkin. Don oli myös tunnistamassa Cernissä tuotettua Higgsin hiukkasta. Huolimatta siitä että pimeää ainetta ja energiaa ei ole kokellisesti havaittu annoime Donille Kouvolan lakritsin Järvenpään lukion logolla varustetun pakkauksen joka sisälsi "pimeää energiaa". Luennon jälkeen kävime kiertokäynnillä 300 jalan syvyydessä katsomassa kerrostalon kokoisia neutriinoilmaisimia joilla voidaan havaita vuorokaudessa jopa 12-15 tietystä suunnasta "ammuttuja" neutriinoja vaikka niitä kulkee suunnattomia määriä ilmaisimen läpi kaikista suunnista.
Päivälliselle menimme paikalliseen Hot Dog ravintolaan jossa kukin sai valita hodareita oman makunsa mukaan.

Keskiviikkona oli Fermilabin alueen "sight seeing" päivä jolloin tutustuimme aluksi bussikierroksella kampusalueen eri kohteisiin. Ensimmäiseksi meille esiteltiin alueella hoidettavat aidot biisonit: 2 urosta ja 10 naarasta. Biisonit on geneettisesti tutkittu ja ne ovat aitoja. Yleinen luulo on, että buffalo = biisoni.
Biisonivierailun jälkeen tutustuimme magneettilaboratorioon, jossa valmistetaan ja testataan suprajohtavia magneetteja. Työn alla on parasta aikaa 800 quadropolimagneettia Hampurissa rakenteilla olevaan lineaarikiihdyttimeen. Nuori juuri väitellyt tohtori esitteli innostuneesti magneettien suunnittelua, valmistamista sekä testausta.
Lounaan jälkeen seurasimme Hugh Lippinncottin luentoa antimaterian olemassaolon tutkimisesta ja ongelmista joita aiheeseen liittyy. Opiskelijat esittelivät luennoitsijalle visaisia kysymyksiä joihin vastaaminen aiheen monimutkaisuuden takia oli luennoitsijallekin hankalaa.
Fermilabin vierailupäivän viimeisen luennon piti professori Brian Fields Illinoisin yliopistosta. Luennon aiheena oli "Kun tähdet hyökkäävät - Maan lähialuella tapahtuvat supernovaräjähdykset". Ilmiötä tutkitaan myös Saksassa, jossa ilmiölle on annettu nimi "Nachbarnsternsupernovaexplosionsgefar".
Luennossa käsiteltiin turvaetäisyyksiä Maahan supernovaräjähdyksen sattuessa. Mikäli supernova räjähtää turvavälin sisäpuolella, on räjähdys meille kohtalokas. Supernovapurkaus yhdistettynä Auringossa tapahtuviin massapurkauksiin lamaannuttaa pieneliöiden ja kasvien toiminnan jolloin kuolemme nälkään. Minimiturvaetäisyydeksi tutkimusten perusteella määriteltiin 8 pc. Todisteita aiemmin tapahtuneista supernovaräjähdyksistä löytyy meren pohjan kerrostumista joissa on rauta-60 isotooppia, jota syntyy vain tähtien fuusioreaktioissa.
Fermipäivän jälkeen suuntasimme suoraan Chicagon parhaimmaksi kuvattuun pizzapaikkaan. Pizzat olivat suuria ja juustoa ei oltu säästetty, mutta maku jätti toivomisen varaa.

Kuva 3. Käytössämme ollut hiukkasenkiihdytin.

Torstapäivä oli varattu Chicagon yliopistokierrokselle. Meille esiteltiin yliopistocampus jonka arkkitehtuurista löytyi merkkejä, jotka ovat innoittaneet Harry Potterin luojaa, etenkin yliopiston ravintolatila jossa saattoi kokea kulttiolennon elinympäristön. Päivän viimeinen luento käsitteli biofysiikkaa, jonka aihepiiri hipoi paikoin päänahan mahdollista hilsepintaa. Luentoa seuratessa tuli miettineeksi, onko opiskelijalla samanlainen tunne lukion fysiikan tunneilla.

Viimeinen päivä alkoi vierailukäynnillä Chicagon valtavassa tiedemuseossa, jota kuvataan läntisen maailman suurimmaksi. Tiedekeskuksemme Heureka on vain pieni murunen verrattuna Chicagon tiedemuseoon. Otimme ryhmäkuvan Milleniumpuiston kiiltävän pähkinän edessä. Paikallinen You Tube bloggaaja bongasi meidät ja halusi ikuistaa ryhmämme riemunponnistuksen.  Loppupäivän saimmekin tutustua vapaasti Chicagon tarjontaan: näköalapilvenpiirtäjiin ja ydinkeskustaan jossa oli sekaisin vanhaa monimuotoista rakennuskulttuuria ja uutta lasiseinäpilvenpiirtäjää.



Kuva 4. Chicago ylhäältä.

Lähtöpäivänä  lauantaina poikkesimme vielä hetkeksi valtavaan outlet myymäläkeskittymään jossa täytimme matkalaukkumme. Paluulento Chicagosta Amsterdamiin kesti tunnin normaalia vähemmän voimakkaan suhkuvirtauksen ansiosta. Koneemme kiisi jopa 1200 km/h nopeudella!  Projekti oli kaiken kaikkiaan sitä mitä uusissa fysiikan opetussuunnitelmissa haetaan: elämyksellistä opiskelua, jossa tiede ja kansainvälisyys kohtaavat perinteisen luokkatilan ulkopuolella. Vaikka käytössämme on kaikenlaiset etätyöskentelyvälineet, mikään ei voi korvata sitä, kun projektin päätyessä osallistujat hyvästelevät ja halaavat toisiaan silmäkulmien kostuessa lähdettäessä kotimatkalle.

                                                                                                                                               Pasi Ketolainen