Väitös 7.8.2023: Gluonisaturaation ennusteista kohti kokeellisia mittaustuloksia (Penttala)
Jyväskylän yliopistossa valmistunut fysiikan alan väitöstutkimus on kehittänyt teoriaa, jolla voidaan tuottaa tarkempia ennusteita gluonisaturaation tutkimista varten. Tuloksia voidaan käyttää saturaation etsimiseen sekä nykyisissä että tulevaisuuden hiukkaskiihdyttimissä.
Nykykäsityksen mukaan atomiytimien protonit ja neuronit koostuvat kvarkeista ja gluoneista, joita voidaan kuvata kvanttiväridynamiikaksi kutsutun teorian avulla. Tämä teoria on kuitenkin erittäin monimutkainen, minkä vuoksi sen avulla on hankala laskea tarkasti ytimien rakennetta. Yleensä joudutaankin turvautumaan erilaisiin approksimaatioihin kuten häiriöteoriaan, jonka avulla tuloksia voidaan laskea likimääräisesti.
Kvanttiväridynamiikka ennustaa, että korkeilla energioilla gluonien määrä protoneissa ja neutroneissa alkaa kasvaa merkittävästi. Tämän kasvun ei ole kuitenkaan mahdollista jatkua loputtomasti. Atomiytimien gluonitiheys kasvaa jossain vaiheessa niin suureksi, että gluonit alkavat yhdistyä keskenään eikä gluonien määrä siten enää kasva. Tätä ilmiötä kutsutaan gluonisaturaatioksi.
Gluonisaturaation tutkiminen vaatii suuria energioita
Gluonisaturaation tutkimista varten niin kutsutut diffraktiiviset prosessit ovat erittäin hyödyllisiä. Tässä diffraktio viittaa optiikan ilmiöön, jossa valo kohtaa sen aallonpituuden kokoluokkaa olevan kappaleen. Samalla tavoin diffraktiivisissa prosesseissa atomiytimiä tutkitaan fotoneilla eli valon alkeishiukkasilla. Korkean energian hiukkastörmäyksissä fotonien aallonpituudet ovat ytimen kokoluokkaa. Tällöin fotonit toimivat ikään kuin mikroskooppina, jonka avulla päästään käsiksi ytimen rakenteeseen.
Iso ongelma gluonisaturaation tutkimisessa on se, että gluonisaturaatiota tapahtuu vasta todella suurilla energioilla.
"Tämänhetkisissä hiukkasfysiikan kokeissa on viitteitä gluonisatuuratiosta, mutta mitään varsinaista 'savuavaa asetta' saturaatiosta ei ole havaittu", Jani Penttala kertoo. "Nykyiset havainnot voidaan selittää myös muilla keinoin."
Jotta gluonisaturaation vaikutuksia voidaan tutkia, täytyy teorian antaa tarkkoja ennusteita kokeellisille mittaustuloksille. Penttalan väitöskirjassa diffraktiivisia prosesseja on laskettu entistä tarkemmin kvanttiväridynamiikan häiriöteoriassa, mikä mahdollistaa aiempaa tarkemmat ennusteet. Näiden laskujen tuloksia voidaan verrata kokeisiin, mikä puolestaan auttaa jäljittämään saturaatiota kokeellisesta mittausdatasta.
Tulevaisuuden kiihdyttimissä piilee ratkaisu
Tulevaisuuden hiukkaskiihdyttimissä on tarkoitus päästä tutkimaan gluonisaturaatiota entistä tarkemmin. Eräs tapa tähän on tutkia entistä raskaampia atomiytimiä, joissa saturaatioilmiön odotetaan olevan voimakkaampi. Tämä on yksi iso motivaatio Brookhavenin kansalliseen laboratorioon rakennettavalle elektroni-ionitörmäyttimelle (Electron-Ion Collider), jossa saturaatiota päästään tutkimaan esimerkiksi kulta-atomien ytimillä.
”Väitöskirjani tuloksia voidaankin käyttää suoraan tuottamaan ennusteita tulevaisuuden kiihdyttimille”, Penttala toteaa lopuksi.
FM Jani Penttalan fysiikan väitöskirja ”Diffractive Processes at Next-To-Leading Order in the Dipole Picture” tarkastetaan 7.8.2023 klo 12.00 fysiikan laitoksen luentosalissa FYS1. Vastaväittäjänä toimii professori Lech Szymanowski (National Centre for Nuclear Research, Puola) ja kustoksena akatemiatutkija Heikki Mäntysaari (Jyväskylän yliopisto). Väitöstilaisuuden kieli on englanti.
Julkaisutiedot
Väitöskirja “Diffractive Processes at Next-To-Leading Order in the Dipole Picture” on luettavissa JYX-julkaisuarkistossa: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-39-9674-1
Avainsanat
Yhteyshenkilöt
Jani Penttala, jani.j.penttala@jyu.fi
Jyväskylän keskustassa sijaitsevan yliopiston kauniilla puistokampuksella sykkii monitieteinen ja moderni tiedeyliopisto – ihmisläheinen ja dynaaminen yhteisö, jonka 2500 asiantuntijaa ja 15 000 opiskelijaa etsivät ja löytävät vastauksia huomisen kysymyksiin. Jyväskylän yliopisto on ollut tulevaisuuden palveluksessa jo vuodesta 1863, jolloin suomenkielinen opettajankoulutus sai alkunsa täältä. Voimanlähteenämme on moniarvoinen vuoropuhelu tutkimuksen, koulutuksen ja yhteiskunnan välillä. Vaalimme tutkimuksen ja koulutuksen tasapainoa sekä ajattelun avoimuutta – sytytämme taidon, tiedon ja intohimon elää viisaasti ihmiskunnan parhaaksi. www.jyu.fi
Tilaa tiedotteet sähköpostiisi
Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat tiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.
Lue lisää julkaisijalta Jyväskylän yliopisto
Uuden suomen kielen professori Sari Sulkusen mukaan meistä jokainen tarvitsee monia lukutaitoja24.10.2025 08:59:22 EEST | Tiedote
Sari Sulkunen on aloittanut suomen kielen professorina Jyväskylän yliopiston humanistis-yhteiskuntatieteellisessä tiedekunnassa. Sulkunen tutkii rakennusalan monilukutaitoja eli työhön liittyviä tekstejä ja niiden kanssa toimimisen tapoja.
Kestävyyssiirtymien edistämiseksi tarvitaan monitieteistä yhteistyötä – uusi konferenssi tuo eri alojen tutkijoita yhteen Jyväskylässä23.10.2025 10:00:00 EEST | Tiedote
Ensimmäinen Wisdom Days: Science for Sustainability Transformations -konferenssi järjestetään toukokuussa 2026 Jyväskylän yliopistossa. Kansainvälinen konferenssi edistää tieteellistä keskustelua ja uusien yhteyksien syntymistä eri tieteenalojen ja organisaatioiden välillä, tavoitteenaan luoda tietoa ja ratkaisuja kestävyyssiirtymien tueksi.
Jyväskylän yliopiston uusi museologian apulaisprofessori Johanna Enqvist näkee museot säröilevää maailmaa korjaavana ja koossapitävänä voimana23.10.2025 08:01:00 EEST | Tiedote
Jyväskylän yliopiston uusi museologian apulaisprofessori Johanna Enqvist näkee museot maailman murtumia korjaavana muutosvoimana. Enqvistin visiossa museot ovat yhteiskunnallisia vaikuttajia, jotka rakentavat siltoja tieteen, taiteen ja moninaisten yhteisöjen välille – ja haastavat samalla vallalla olevia käsityksiä siitä, mikä on muistamisen arvoista. Museologian apulaisprofessuuri on Suomessa ainutlaatuinen: toista vastaavaa tehtävää ei ole, ja tohtoriksi museologian alalta voi väitellä vain Jyväskylässä.
Kolmas toimitus maailmalle – Jyväskylän spektrometrit kiinnostavat kansainvälisesti22.10.2025 07:05:00 EEST | Tiedote
Jyväskylän yliopiston fysiikan laitoksen kiihdytinlaboratoriossa on jälleen valmistunut huipputason rekyylispektrometri, joka toimitettiin Oslon yliopiston tutkimusinstituuttiin. Kyseessä on jo kolmas kokonainen toimitettu laitteisto ohjelmistoineen, asennuksineen ja koulutuksineen. Laitteisto asennettiin tällä kertaa puhdastilaan, jossa piikiekkoja käsitellään suojavarusteet päällä. Tämä toimitus oli vahva osoitus Jyväskylän yliopiston toimittaman järjestelmän suorituskyvystä vaativassa ja tarkasti säädellyssä ympäristössä.
Kun data päättää lapsen urheilupolusta – uusi tutkimus etsii oikeudenmukaisempia tapoja valita lahjakkuuksia21.10.2025 08:00:00 EEST | Tiedote
Juniorijoukkueiden pelaajavalinnat herättävät keskustelua ja tunteita. Uusi Jyväskylän yliopiston johtama tutkimushanke tutkii, miten dataperustainen lahjakkuuden tunnistaminen ja varhaiset valinnat vaikuttavat junioriurheilun eettisyyteen ja yhdenvertaisuuteen.
Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki tiedotepalvelussa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.
Tutustu uutishuoneeseemme