Matemaatikot ovat kehittäneet maailman monimutkaisimman labyrintin, jolla on arvaamaton sivuvaikutus. Asiasta kertoo Popular Mechanics -lehti. Kuten monesti tieteessä, myös tällä kertaa juuri sivuvaikutus on varsinainen löytö. Mutta katsotaan ensin, miten kaikki kävi.
Brittiläiset ja sveitsiläiset matemaatikot ryhtyivät tutkimaan verkkoteorian malleja kuten Hamiltonin kierrosta. Hamiltonin kierros tarkoittaa polkua, joka käy suuntaamattoman graafin kaikkein solmujen kautta ja palaa lopulta lähtöpisteeseensä. Polku on nimetty irlantilaisen matemaatikon William Rowan Hamiltonin mukaan.
Alkuun päästyään tutkijat ryhtyivätkin tekemään yhä laajempia Hamiltonin kierroksia – vieläpä epäsäännöllisiin rakennelmiin kuten Ammannin-Beenkerin laatoituksiin. Niillä taas tarkoitetaan laattakuvioita, jotka eivät koskaan toistu samanlaisina.
Laatoitukset muistuttavat läheisesti kvasikiteinä tunnettuja rakenteita. Oikeasta kiteestä ne eroavat epäjärjestyksensä vuoksi. Sekä oikeissa kiteissä että kvasikiteissä on paikallinen kiderakenne, mutta aidoista kiteistä poiketen kvasikiteessä rakenne ei toistu isossa mitassa koskaan täsmälleen samanlaisena.
Kvasikiteet luonnossa ovat hyvin harvinaisia. Luonnon muovaamina niitä on löydetty eräästä siperialaisesta meteoriitista. Yhdysvaltain ensimmäisessä ydinkokeessa, peitenimeltään Trinityssä, syntyi keinotekoista kvasikidettä vuonna 1945.
Matemaatikot oivalsivat, että heidän luomuksensa muodostivat itse asiassa äärimmäisen monimutkaisia labyrintteja. ”Uudet labyrintit kasvavat eksponentiaalisesti verrattuna edellisiin, ja niitä on loputtomasti”, kertoo tutkimuksen johtaja Felix Flicker Bristolin yliopistosta.
Kvasikiteet sitovat hiilidioksidia
Matemaatikot ryhtyivätkin soveltamaan Hamiltonin kierrosta kvasikiteen pintaan niin, että jokaisessa atomissa käytiin vain kerran. Löytyi yllätys. Taas saatiin vaikeita labyrintteja, fraktaaleiksi kutsuttuja, mutta niillä olikin odottamaton sivuvaikutus: ne paransivat materiaalin kykyä adsorptioon.
Adsorptio tarkoittaa prosessia, jossa jonkin aineen atomi tai molekyyli tarttuu toisen aineen pintaan.
Huomattiin, että monimutkaisten kvasikiteiden avulla saadaan sidottua nimenomaan vaikeasti hallittavia aineita, esimerkiksi hiilidioksidia, paremmin kuin kiteisillä aineilla. Molekyylit löytävät enemmän laskeutumistapoja kvasikiteiden epäsäännöllisesti järjestäytyneille atomeille.
”Kvasikiteet ovat myös hauraita ja rikkoutuvat helposti pienenpieniksi jyväsiksi. Tämä maksimoi niiden pinta-alan adsorptiota varten”, toteaa tutkimuksessa mukana ollut Shobhna Singh Cardiffin yliopistosta.
Matemaatikkojen löytö saattaa hyvinkin auttaa, kun etsitään ratkaisuja ilmakehän hiilidioksidin sitomiseen. Kvasikiteet saattavat siis tarjota uuden aseen taisteluun ilmastonmuutosta vastaan.