Väitös: Uusi työkalu luo moniulotteisia kuvia kvarkki-gluoniplasman synnystä (Kuha)

Kaikkein energisimmissä raskaiden ionien törmäyksissä, joita tutkitaan esimerkiksi hiukkasfysiikan tutkimuskeskuksen (CERN) LHC-kiihdyttimen avulla, atomiytimen rakennuspalat, protonit ja neutronit, sulautuvat valtavan lämpötilan ja paineen alla osittain yhteen muodostaen mikroskooppista pienemmän pisaran kvarkki-gluoniplasmaa (QGP). Pisara jäähtyy 10-30 sekunnin miljoonasosan triljoonasosassa takaisin normaaliksi aineeksi, mutta ehtii kuitenkin virrata ja jättää jäljen ominaisuuksistaan kaikkiin suuntiin sinkoavien, ilmaisimilla havaittavien hiukkasten jakaumiin. Kyseisiä ominaisuuksia voidaan tutkia vertaamalla virtaussimulaatioiden tuottamia tuloksia mitattuihin. Jotta QGP:n virtausta voidaan simuloida, tarvitaan ensin alkutila, mahdollisimman yksityiskohtainen tieto pisarasta sen syntyhetkellä. 
 
- QGP:n alkutila on kuin moniulotteinen valokuva protonien ja neutronien törmäyksestä. Nykyään on niin tarkkoja ja monipuolisia mittaustuloksia, että alkutilan syntymekanismin mallintamisessa pienilläkin yksityiskohdilla on merkitystä, selittää väitöskirjatutkija Mikko Kuha Jyväskylän yliopistosta. 

Uusi simulaattori laajentaa menestynyttä mallia 

Jyväskylän yliopiston väitöskirjatutkija Mikko Kuha on kehittänyt väitöskirjassaan uuden työkalun, jolla voi luoda QGP:n alkutiloja simuloimalla vahvasti vuorovaikuttavien hiukkasten sirontaa. Yksittäinen alkutila koostuu tuhansista erillisistä kvarkeista, antikvarkeista ja gluoneista, partoneista, joista muodostumisajan ja -paikan lisäksi tunnetaan ensimmäistä kertaa myös koko liikemäärä ja partonityyppi. Toinen merkittävä uusi menetelmä liittyy siroavien hiukkasten sijainnin huomioon ottamiseen suhteessa muuhun atomiytimeen. 
 
- Käyttämäni Jyväskylän yliopiston QCD-teoriaryhmän EKRT-saturaatiomalli on jo ennestään alan menestyneimpien joukossa, ja sitä on nyt kirjaimellisesti laajennettu uusiin ulottuvuuksiin, iloitsee Kuha. Näytimme, että uusilla alkutiloilla tehdyt simulaatiot osuvat entistä paremmin mitattuihin tuloksiin. Lisäksi, kun alkutilan koko liikemäärä ja avaruudellinen muoto tunnetaan, voidaan laskea myös erittäin mielenkiintoisia ns. rapiditeettiriippuvia suureita, jatkaa Kuha. 
 
Vapaasti käytettävää simulaattoria voidaan käyttää jatkossa raskasionitörmäysten lisäksi myös korkeaenergisten protoni-ioni ja protoni-protoni -törmäysten tutkimiseen. 
 
FM Mikko Kuhan teoreettisen fysiikan väitöskirja "Simulation of Quark-Gluon Plasma initial states with Monte-Carlo EKRT model" tarkastetaan 25.10.2024 klo 12.00 fysiikan laitoksen luentosalissa FYS1. Vastaväittäjänä toimii professori Kimmo Tuominen (Helsingin yliopisto) ja kustoksena professori Kari J. Eskola (Jyväskylän yliopisto). Väitöstilaisuuden kieli on englanti. 
 
Väitöskirja "Simulation of Quark-Gluon Plasma initial states with Monte-Carlo EKRT model" on luettavissa JYX-julkaisuarkistossa: https://jyx.jyu.fi/handle/123456789/97281