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
It’s not just about trying hard: Forced migrants face structural barriers to well-being in Finland17.1.2026 08:30:00 EET | Tiedote
Finland ranks among the world’s happiest countries, but not all residents share this experience. Recent research shows that migrants, especially those forced to flee their homes, often report lower levels of well-being in Finnish society. Areen Nassar´s doctoral dissertation reveals why: forced migrants face multiple structural barriers, even with their best efforts.
Antti Koivula jatkaa Jyväskylän yliopiston hallituksen puheenjohtajana kauden 2026–202716.1.2026 14:30:20 EET | Tiedote
Jyväskylän yliopiston hallitus valitsi järjestäytymiskokouksessaan 16.1.2026 puheenjohtajakseen professori Antti Koivulan. Varapuheenjohtajaksi valittiin KTT, FL Hanna Maula.
Jyväskylän yliopisto kehittää uudenlaista kaksikielistä varhaiskasvatuksen opettajakoulutusta14.1.2026 08:00:00 EET | Tiedote
Jyväskylän yliopisto sai opetus- ja kulttuuriministeriöltä 300 000 euron rahoituksen toiminnallisesti kaksikielisen varhaiskasvatuksen kandidaattiohjelman kehittämiseen.
Jyväskylän yliopisto sai 240 000 euron rahoituksen SOTE-palveluiden toiminnan tehostamiseen – hanke selvittää tekoälyn käyttöä palveluiden laadun ja johtamisen parantamisessa13.1.2026 16:00:35 EET | Tiedote
Jyväskylän yliopisto sai Suomen Akatemialta 240 000 euron rahoituksen tietoon perustuvan päätöksenteon ja johtamisen tukemiseen sosiaali- ja terveydenhuollossa tekoälyä ja data-analytiikkaa hyödyntäen. Hanketta johtaa Pohjois-Savon hyvinvointialue ja siinä on mukana kaikkiaan viisi toimijaa.
Nopeasti kehittyvä digitaalinen teknologia lisää tarvetta opettajien digipedagogiselle osaamiselle13.1.2026 10:29:49 EET | Tiedote
Tekoäly, virtuaalitodellisuus ja digitaaliset oppimisympäristöt yleistyvät kouluissa paikoin nopeammin, kuin opettajille on tarjolla tukea niiden pedagogiseen käyttöön. Vaikka suomalaisten opettajien digitaidot ovat viime vuosina kehittyneet nopeasti, etenee opetuksen digitalisaatio kouluissa edelleen epätasaisesti. Ilman riittävää täydennyskoulutusta uudet teknologiat voivat lisätä opettajien kuormitusta ja heikentää oppilaiden yhdenvertaisuutta.
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