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
Mikä tekee musiikkikonserteista unohtumattomia? Tutkijat etsivät osallistujia jakamaan kokemuksiaan23.1.2026 10:39:37 EET | Tiedote
Jyväskylän yliopiston ja Teknologian tutkimuskeskus VTT:n yhteishanke sai Suomen Akatemialta nelivuotisen 710 000 euron suuruisen rahoituksen. Hankkeessa selvitetään, mikä tekee live- ja striimauskonserteista unohtumattomia kokemuksia niin kuulijoille kuin esiintyjille.
Valmennustieteen maisteriopinnot laajenevat pääkaupunkiseudulle – haku keväällä 202623.1.2026 00:00:00 EET | Tiedote
Jyväskylän yliopisto käynnistää valmennustieteen maisteriopinnot Helsingissä yhteistyössä Kolmen kampuksen urheiluopisto oy:n ja Pääkaupunkiseudun urheiluakatemia Urhean kanssa. Koulutukseen haetaan kevään toisessa yhteishaussa 10.–24.3.2026.
Kymmenen vuotta vanha teoria on toteutunut: 2D-topologinen materiaali toteutettu22.1.2026 14:00:00 EET | Tiedote
Jyväskylän yliopiston ja Aalto-yliopiston tutkijat ovat toteuttaneet kokeellisesti kaksiulotteisen topologisen kide-eristeen. Tämä kvanttimateriaalityyppi on ollut teoreettisesti tunnettu jo yli kymmenen vuotta, mutta käytännön soveltaminen on viivästynyt materiaalien rajoitteiden vuoksi.
Kevään 2026 ensimmäinen yhteishaku: Jyväskylän yliopiston uudet kandidaattiohjelmat kiinnostivat22.1.2026 11:00:29 EET | Tiedote
Syksyllä 2026 alkavat Jyväskylän yliopiston englanninkieliset ohjelmat houkuttelivat jälleen runsaasti kansainvälisiä ja kotimaisia hakijoita. Kevään 1. yhteishaussa oli haettavana 20 kansainvälistä maisteriohjelmaa sekä kaksi kandidaattiohjelmaa Jyväskylän yliopiston kuudesta tiedekunnasta.
Uusi verkkomedia monipuolistaa koulutuskeskustelua tutkimustiedolla22.1.2026 08:00:00 EET | Tiedote
Koulutuksesta on avoin verkkomedia, joka popularisoi koulutustutkimusta ja tarjoaa kentän toimijoille, päättäjille, vanhemmille ja muille koulutuksesta kiinnostuneille tuoreita näkökulmia koulutukseen ja oppimiseen.
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