Väitös 7.8.2023: Gluonisaturaation ennusteista kohti kokeellisia mittaustuloksia (Penttala)
31.7.2023 13:00:00 EEST | Jyväskylän yliopisto | Tiedote
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
Jyväskylän yliopisto mukana ensimmäisessä superraskaan alkuaineen kemiallisen sidoksen mittauksessa9.10.2026 07:05:00 EEST | Tiedote
Kansainvälinen tutkimusryhmä on onnistunut ensimmäistä kertaa mittaamaan kemiallisen sidoksen vahvuuden superraskaan alkuaineen yhdisteessä. Jyväskylän yliopisto oli mukana tutkimuksessa, jossa selvitettiin seaborgiumin kemiallisia ominaisuuksia. Tulokset osoittavat, kuinka suhteellisuusteorian ennustamat relativistiset ilmiöt vaikuttavat kaikkein raskaimpien alkuaineiden kemiaan. Tutkimus on julkaistu Nature-lehdessä.
Tutkijoiden yö oli taas Suomen suurin tiedetapahtuma – yli 21 500 kävijää7.10.2026 11:05:00 EEST | Tiedote
Tutkijoiden yötä vietettiin syyskuun viimeisenä perjantaina 25.9.2026 kaikkiaan kahdeksalla paikkakunnalla Helsingistä Sodankylään. Hämeenlinnassa tapahtuma järjestettiin 2.10. Tapahtumassa saatiin uusia tiede-elämyksiä, kokeiltiin itse tutkimuksen tekemistä sekä keskusteltiin innostuneiden tieteentekijöiden kanssa. Mukana oli jälleen satoja tutkijoita ympäri Suomen. Kävijöitä päivän ja yön aikana erilaisiin tapahtumiin osallistui yhteensä yli 21 500. Tapahtuman teemana oli tänä vuonna uteliaisuus.
Valtakunnallinen hanke kehittää kyberturvallisuuden jatkuvaa oppimista 1,1 miljoonan rahoituksella5.10.2026 09:00:00 EEST | Tiedote
Jyväskylän yliopisto koordinoi 1,1 miljoonan euron hanketta, joka tähtää kyberturvallisuusalan jatkuvan oppimisen koulutuksen kehittämiseen Suomessa. Muut hankkeen toteuttajat ovat Helsingin yliopisto, Lappeenrannan-Lahden teknillinen yliopisto, Oulun yliopisto, Tampereen yliopisto, Turun yliopisto, Vaasan yliopisto ja Åbo Akademi. Hankkeen päätavoitteena on suunnata kyberturvallisuuskoulutusta aiempaa enemmän työelämän tarpeisiin jatkuvan oppimisen periaatteiden mukaisesti.
Tutkimus: Tekoälytaidot eivät yksin riitä – koulun pitäisi auttaa tekemään viisaita valintoja5.10.2026 07:45:00 EEST | Tiedote
Tekoälyn käyttöä opetellaan kouluissa, mutta miksi tekoälyyn liittyvää opetusta on tärkeä järjestää? Jyväskylän yliopiston tutkijoiden mukaan oppilaiden tekoälyosaamisen kehittäminen ei riitä, vaan heitä tulee samalla rohkaista pohtimaan, miten he itse haluavat käyttää tekoälyä ja millaisen roolin he sille omassa elämässään antavat.
Tutkimus, osaaminen ja työelämä kohtaavat Jyväskylän yliopiston Yrityspäivässä 8.10.20262.10.2026 08:01:00 EEST | Tiedote
Yritys- ja sidosryhmäpäivä on Jyväskylän yliopiston järjestämä verkostoitumistilaisuus, jossa pääsevät esille yritysten ja sidosryhmien osaaminen ja innovaatiot sekä yliopiston tutkijoiden osaaminen. Päivässä myös opiskelijat pääsevät tutustumaan alansa toimijoihin ja toimijat mahdollisiin tuleviin työntekijöihinsä. Yrityspäivässä ovat mukana kaikki Jyväskylän yliopiston tiedekunnat.
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