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
Raportti: SOTE-rahoitusmalli ei vastaa todellisuutta – tutkijat vaativat huomiota alueiden välisiin eroihin17.9.2025 08:00:00 EEST | Tiedote
Jyväskylän yliopiston ja Helsingin yliopiston tutkijoiden tuoreessa raportissa tarkasteltiin demografisten ja sosioekonomisten tekijöiden vaikutusta SOTE-palveluiden tarpeeseen ja kustannuksiin hyvinvointialueilla. Tutkijoiden mukaan nykyinen rahoitusmalli ei vastaa todellista tarvetta, eikä ota huomioon väestön rakenteellisia ja sosiaalisia eroja. Rahoitusmallia tulisi tutkijoiden mukaan uudistaa, jotta se ei johtaisi alueelliseen eriarvoisuuteen.
Tutkijoiden yössä pääset ihmettelemään maailmankaikkeuden aikajanaa ja kokemaan tieteen yhteisöllisyyden – Tutkijoiden yön 26.9.2025 ohjelmaa tänä vuonna neljällä paikkakunnalla!17.9.2025 07:00:00 EEST | Tiedote
Tutkijoiden yö on vuosittain järjestettävä tiedetapahtuma, jossa tutkijat ympäri Eurooppaa avaavat ovensa kaikenikäisille tiedonjanoisille. Tänä vuonna tutkijat avaavat ovensa laboratorioiden uumeniin Jyväskylän, Oulun ja Helsingin yliopistoissa sekä Hämeen ja Jyväskylän ammattikorkeakouluissa perjantaina 29.5.2025.
Tutkimus haastaa vanhenemisen stereotypiat – aktiivinen ikääntyminen on yksilöllistä ja merkityksellistä16.9.2025 08:00:00 EEST | Tiedote
Ikääntyvä väestö on yksi aikamme keskeisistä yhteiskunnallisista kysymyksistä. Keskustelu vanhenemisesta on kuitenkin usein yksipuolista ja negatiivisesti sävyttynyttä. Uusin tutkimus tarjoaa toisenlaisen näkökulman: vanheneminen ei ole enää entisensä, ja käsityksiämme on syytä päivittää. Rantanen peräänkuuluttaa myös tutkimuksen uudistamista. Hän on julkaissut uuden kirjan, joka käsittelee aktiivisen ikääntymisen ja osallisuuden tutkimusta.
Väitös: Flow-tila voi kääntyä myös kuormitukseksi – ohjelmistokehittäjät toivovat työpaikoilla enemmän keskustelua työntekijöiden tarpeista16.9.2025 07:45:00 EEST | Tiedote
Flow-tila on keskeinen ilmiö ohjelmistokehittäjien työhyvinvoinnille ja tehokkuudelle. Toisaalta on tärkeää, ettei syvä keskittyminen johda vastoin tarkoitustaan lisääntyneeseen kuormitukseen.
Jyväskylän yliopiston tilastotieteen tutkimus on saanut tunnustusta16.9.2025 07:05:00 EEST | Tiedote
Suomen Tilastoseura palkitsi Jyväskylän yliopistosta valmistuneen Santeri Karppisen väitöskirjan parhaana Suomessa julkaistuna tilastotieteen väitöskirjana nelivuotiskaudella 2021-2024. Lisäksi Kelan vuoden 2024 pro gradupalkinto myönnettiin Jyväskylän yliopistosta valmistuneelle Annakaisa Ritalalle. Tilastotieteen alan palkinnot ovat osoitus Jyväskylän yliopiston vahvasta asiantuntemuksesta ja siitä, kuinka tilastollinen ajattelu voi vaikuttaa yhteiskunnan kehitykseen laaja-alaisesti ja merkityksellisesti.
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