Anu Kankainen

Anu Kristiina Kankainen on suomalainen fyysikko. Fyysikkona hän on erikoistunut kokeellisen ydinfysiikan tutkimukseen sekä astrofysiikkaan. Hän tutkii esimerkiksi, miten raskaita alkuaineita syntyy maailmankaikkeudessa esimerkiksi tähtien törmäyksissä. Kankainen on toiminut Jyväskylän yliopistossa fysiikan apulaisprofessorina vuodesta 2019 ja professorina vuoden 2022 alusta.

Akateeminen ura

Uran alku

Anu Kankainen opiskeli yliopistossa luonnontieteitä. Hän opiskeli aluksi kemiaa ja sivuaineena fysiikkaa. Gradu-tutkielmansa hän kuitenkin teki matematiikasta. Sivuaineopintojen myötä Kankainen kiinnostui fysiikasta ja aloitti jatko-opinnot fysiikan alalla. Hän väitteli fysiikan alalla filosofian tohtoriksi vuonna 2006 Jyväskylän yliopistossa. Väitöskirja käsitteli luonnossa harvinaisten atomiytimien tutkimusta astrofysiikan näkökulmasta. Väitöskirjan ohjaajana toimi professori Juha Äystö.

Tutkijana

Valmistumisen jälkeen Kankainen on työskennellyt erilaisissa opetus- ja tutkimustehtävissä pääasiassa Jyväskylän yliopiston fysiikan laitoksella. Hän aloitti uransa assistenttina vuosina 2007–2009 professori Juha Äystön tutkimusryhmässä. Tutkimusryhmän nimenä oli Exotic Beam and Nuclei (). Vuosina 2009–2012 hän työskenteli Äystön ryhmässä tutkijatohtorina. Vuodesta 2013 Kankainen on ollut Jyväskylän yliopiston fysiikan dosentti.

Tammikuusta 2013 elokuuhun 2014 Kankainen oli Edinburghin yliopiston fysiikan ja astronomian koulussa (University of Edinburgh, School of Physics and Astronomy) post doc-tutkijana. Palattuaan takaisin kotimaahan hän oli vuosina 2014–2019  Suomen Akatemian akatemiatutkijana. Hänen akatemiahankkeensa ("Harvinaisten ydinten tutkimuksia alkuaineiden ymmärtämiseksi maailmankaikkeudessa") lukeutuu ydinfysiikan tutkimukseen.

Apulaisprofessorina

Jyväskylän yliopisto kutsui Kankaisen viiden vuoden määräaikaiseen tehtävään (tenure track, 2019–2024) fysiikan apulaisprofessoriksi () vuonna 2019. Samalla hänet nimitettiin vakituiseksi yliopistonlehtoriksi. Apulaisprofessorinimityksen perusteluissa Kankaista luonnehditaan astrofysiikan asiantuntijaksi. Jyväskylän yliopisto on määritellyt erääksi fysiikan tutkimuksen painopistealueeksi subatomaarisen fysiikan ja nimitys liittyi painoalueen tutkimuksen täydentämiseen erityisesti astrofysiikan osalta. Kankainen aloitti apulaisprofessorina jo samana vuonna 2019. 

Apulaisprofessori Kankainen on vuosina 2018–2023 päätutkijana Euroopan tiedeneuvoston (ERC) rahoittamassa tutkimushankkeessa (nimeltä MAIDEN), jossa tutkitaan niin kutsuttuja nopeita neutronisieppauksia eli r-prosesseja. Neutronisieppausprosesseja on kahdenlaisia: nopeita (engl. rapid) eli r-prosesseja ja hitaita (engl. slow) eli s-prosesseja. Noin puolet rautaa raskaammista alkuaineista syntyy nopean r-prosessin tuloksena. R-prosessia esiintyy supernovaräjähdyksissä. Kankainen on saanut tutkimushanketta varten niin kutsutun ERC Consolidator Grant-rahoituksen vuonna 2017.

Tutkimusryhmä

Fysiikan laitoksella toimii apulaisprofessori Kankaisen johdolla ydinastrofysiikan () tutkimusryhmä. Se on vuonna 2021 ainoa ydinastrofysiikan tutkimusryhmä Suomessa. Kankaisen ryhmä on osa suurempaa professorien Ari Jokinen ja Iain Moore johtamaa tutkimusryhmää (toimii nimellä Eksoottiset ytimet ja ionisuihkut), joka tutkii erikoisempien atomiydinten ominaisuuksia ioniohjainta käyttäen. Ryhmä tunnetaan myös IGISOL- tai ioniohjainryhmän nimellä. Perustutkimuksen ohella ryhmä tekee tutkimusmenetelmien kehitystyötä eli kehittää uusia menetelmiä ionisuihkujen tuottamiseen.

Varsinainen tutkimus tapahtuu IGISOL-laitteistolla. IGISOL (engl. Ion Guide Isotope Separator On-Line) on Jyväskylän yliopiston fysiikan laitoksen kehittämä massaerotin. IGISOL-laitteiston tarvitsemia ioneja voidaan tuottaa esimerkiksi Jyväskylän fysiikan laitoksen 1980-luvulla kehittämän ioniohjaimen (engl. Ion Guide) avulla. Ioniohjaimella voidaan tuottaa ioneja mistä alkuaineesta tahansa. Massaerotinta voidaan käyttää myös "on line", jolloin eroteltavat ionit tuotetaan fysiikan laitoksen hiukkaskiihdyttimillä. Laitoksella on kolme hiukkaskiihdytintä eli syklotronia: iso K-130-syklotroni, pienempi MCC30/15-syklotroni ja lisäksi Pelletron-kiihdytin.

Tutkimustyö

Fyysikkona Kankainen on keskittynyt ydinfysiikkaan ja astrofysiikkaan (tai tarkemmin määriteltynä ydinastrofysiikkaan). Hän tekee pääasiassa perustutkimusta, josta suurin osa tapahtuu fysiikan laitoksen kiihdytinlaboratoriossa. Kankaisen erityisen mielenkiinnon kohteena ovat eksoottiset atomiytimet: niiden massat ja puoliintumisaika. 

Rautaa raskaampia alkuaineita syntyy rauta-alueen isotoopeista neutronisieppausten ja niitä seuraavien beetahajoamisten kautta. Tutkijat eivät ole aiemmin pystyneet tarkasti määrittelemään, missä paikoissa ja millaisten reaktioiden avulla kyseisiä aineita syntyy, koska reaktioissa muodostuvien ytimien ominaisuuksia (massa ja puoliintumisaika) ei ole tarkkaan tunnettu. Näihin kysymyksiin Anu Kankainen tutkimusryhmineen etsii vastauksia tekemällä ytimien tarkkoja massamittauksia ja ydinten hajoamistutkimuksia. Perustutkimuksen tulosten avulla on mahdollista määrittää, mitä alkuaineita esimerkiksi kahden neutronitähden yhteentörmäyksessä syntyy ja syntyvien alkuaineiden suhteellisia osuuksia. Syntyvien alkuaineiden määriä voidaan arvioida laskennallisia menetelmiä käyttäen esimerkiksi tietokoneen avulla. Fysiikan osa-alueista tällöin puhutaan laskennallisesta fysiikasta.

Raskaita alkuaineita voi syntyä myös niin kutsutun protoninsieppauksen kautta. Neutronitähden pinnalle muodostuu tavallisesti kiekkomainen kerros vety-heliumkaasuseosta. Kaasun painuessa kasaan korkea lämpötila ja tiheys aiheuttavat nopean protoninsieppausprosessin eli rp-prosessin. Rp-rosessissa ytimet sieppaavat protoneja, beetahajoavat, ja lopulta tuottavat raskaampia alkuaineita. Kankaisen tutkimukset liittyvät myös näiden prosessien yksityiskohtien selvittämiseen.

Tutkimuksen kokeellisissa osioissa Kankainen ryhmineen käyttää hyödyksi hiukkaskiihdytintä eli syklotronia. Aluksi syklotronilta suunnataan protonisuihku niin kutsuttuun kohtioon. Kohtio on ohut kalvo jotakin materiaalia (esimerkiksi sinkkisulfidia). Törmäyksessä protonit fuusioituvat kohtiossa olevien atomiydinten kanssa. Reaktiossa syntyy aluksi väliydin, josta lopulta muodostuu reaktion lopullisia isotooppeja. Syntyvät isotoopit ovat tyypillisesti lyhytikäisiä (esim. kloori-31:llä puoliintumisaika on 0,2 sekuntia) eli voidaan puhua luonnossa harvinaisista eli eksoottisista ytimistä. IGISOL-laitteistossa nämä isotoopit jäähdytetään ja ohjataan ionisuihkuna mittauslaitteistoon. Dipolimagneetilla suihkusta valitaan tietty massaluku, jonka ominaisuuksia halutaan tutkia. Sitten suihku jäähdytetään ja syötetään ionikimppuina kohti mittauslaitteiston viimeistä osaa eli niin kutsuttua JYFLTRAP Penningin loukkua, jossa mitataan ytimien massat. Penningin loukku on tutkimuslaite, jolla voidaan mitata ytimen massa jopa 10 miljardisosan tarkkuudella.

Kankaisen tekemän tutkimuksen avulla tuotetaan tietoa, jolla voidaan ymmärtää tarkemmin erilaisia tähdissä tapahtuvia astrofysikaalisia ilmiöitä ja prosesseja. Esimerkkinä voidaan mainita niin kutsutut tyypin I röntgenpurkaukset kaksoistähdissä, jonka muodostavat neutronitähti ja Auringon kaltainen tähti.

Julkaisut

Toukokuuhun 2021 mennessä Kankainen on julkaissut 190 tieteellistä tutkimusartikkelia. Hän on toimittanut myös kirjallisuutta ydinfysiikan alalta. Yhdessä Juha Äystön, Tommi Erosen, Ari Jokisen, Iain D. Mooren ja Heikki Penttilän kanssa Kankainen on toimittanut teoksen IGISOL: Three decades of research using IGISOL technique at the University of Jyväskylä (2014). Teos käsittelee Jyväskylän yliopiston ydinfyysikoiden IGISOL-laitteistolla (engl. Ion Guide Isotope Separator On-Line (IGISOL)) tekemää tutkimustyötä kolmen vuosikymmenen ajalta (1980-luvulta 2010-luvulle). Teos sisältää kokoelman artikkeleita, joissa kerrotaan IGISOL-massaerottimella erilaisten ioniohjaintekniikoiden avulla tehdystä tutkimuksesta.

 Juha Äystö, Tommi Eronen, Ari Jokinen, Anu Kankainen, Iain Moore & Heikki Penttilä (toim.): IGISOL: Three decades of research using IGISOL technique at the University of Jyväskylä 2014. Springer. ISBN: 978-94-007-5555-0

Vuoden 2021 alussa Kankainen oli mukana hankkeessa, jossa kansainvälinen fyysikoista koostuva työryhmä laati kalenterin, jossa perinteisen almanakan ohella esitellään historiallisesti merkittäviä astrofysiikan alalla elämäntyönsä tehneitä naistieteilijöitä. Kalenterin on suunnitellut Christine Hampton. Projektin tuloksena kalenteri käännettiin 24 kielelle. Apulaisprofessori Kankainen laati suomenkielisen version ja hänen tutkimusryhmässään toimiva Olga Beliuskina käänsi kalenterin ukrainaksi.

Harrastukset

Talvisin Kankainen harrastaa hiihtoa. Hän on osallistunut mm. Finlandia-hiihtoon ja Oulussa järjestettyyn Tervahiihtoon.

Lähteet

Aiheesta muualla
 Anu Kankaisen henkilökohtainen kotisivu Jyväskylän yliopisto. 
 Nuclear Astrophysics (tietoa Kankaisen tutkimustyöstä) Jyväskylän yliopisto. 
 Anu Kankainen ResearchGate-palvelussa. 

Suomalaiset fyysikot
Suomalaiset professorit
Jyväskylän yliopiston professorit
Syntymävuosi puuttuu
Elävät henkilöt