19.6.2019 Kuuman ydinaineen jäljillä (Snellman)
Hiukkasfysiikassa kuumalla ydinaineella tavallisesti tarkoitetaan kvarkki-gluoniplasmaa. Se on niin kuumaa ainetta, etteivät kvarkit ja gluonit ole enää kahliutuneet ydinhiukkasten, protonien ja neutronien, sisään, vaan liikkuvat vapaasti aineen sisällä. Tavallinen aine muuttuu kvarkki-gluoniplasmaksi noin 2000 miljardin asteen lämpötilassa.
Näin korkeita lämpötiloja voidaan saavuttaa laboratoriossa suurenergisissä ydin-ydin törmäyksissä, esimerkiksi hadronitörmäyttimessä (LHC). Tomas Snellman tutkii hiukkasjettejä protonien ja lyijy-ytimien törmäyksissä, joita on mitattu CERN:ssä suuren hadronitörmäyttimen (LHC) ALICE-koeasemalla.
Tärkeänä tavoitteena ALICE-koeasemalla tehdyissä kokeissa oli löytää vastaus, voiko protoni-lyijy törmäyksen ominaisuudet selittää pelkästään kylmän ydinaineen ominaisuuksilla. Kylmällä ydinaineella tarkoitetaan yksinkertaisesti tavallista, eli hiukkasfysiikan standardeilla kylmää, atomiytimen olomuotoa.
”Alalla on yleisesti hyväksyttyä, että LHC:ssa kvarkki-gluoniplasmaa syntyy lyijy-lyijy törmäyksissä. Erittäin kiinnostava kysymys on, voiko sitä syntyä myös protoni-lyijy törmäyksissä”, Snellman sanoo.
Atomin ytimet ovat "suuria" hiukkasfysiikan tutkimuksen mittakaavassa. Niinpä kahden raskaan ytimen törmäyksessä syntyvä ainepisara on riittävän suuri muuttuakseen plasmaksi. Yksittäinen protoni on niin pieni, ettei plasmaa ennakoitu syntyvän protoni-lyijy törmäyksissä laisinkaan.
”Kuitenkin osassa protoni-lyijy törmäyksissä on havaittu viitteitä kvarkki-gluoniplasman esiintymisestä. Vielä ei kuitenkaan tiedetä, mitä protoni-lyijy törmäyksissä lopulta tapahtuu.”
”Tutkimustyössäni vertailin protoni-protoni törmäyksissä syntyneitä hiukkasjettejä sellaisiin, joita on mitattu keskimääräisissä tai poikkeuksellisen aktiivisissaprotoni-lyijy törmäyksissä. Varsinkin aktiivisista törmäyksistä löytyvät muutokset voisivat tarjota selkeitä todisteita kvarkki-gluoniplasman syntymisestä. Tutkimuksessani tätä tukevia todisteita ei havaittu tämänhetkisen mittaustarkkuuden rajoissa, Snellman sanoo.
”Edelleen on avoinna, syntyykö kvarkki-gluoniplasmaa näissä törmäyksissä. Tietyt mittaukset tukevat tätä, mutta varsinkin hiukkasjetteihin perustuvat mittaukset, kuten tämä tutkimus, puolestaan eivät tue. Joka tapauksessa protoni-lyijy törmäyksessä mahdollisesti syntyvä pisara kvarkki-gluoniplasmaa on pienempi kuin lyijy-lyijy törmäyksessä, jolloin havaittavat signaalitkin ovat heikompia. Tämä selittää osan ristiriidasta mutta ei nyky-ymmärryksen valossa kaikkea. Ratkaisu vaatisi teoriapuolella parempaa ymmärrystä vaikuttavista ilmiöistä, mutta myös kokeellisella puolella parempaa häiriötekijöiden poistamista, että pienikin signaali pystyttäisiin havaitsemaan”, Snellman arvioi.
Filosofian maisteri Tomas Snellmanin väitöskirjan ”"Jet transverse momentum distributions from reconstructed jets in p-Pb collisions at √s_(NN ) = 5.02 TeV” tarkastustilaisuus pidetään keskiviikkona 19.6. klo 12:00 fysiikan laitoksen luentosalissa FYS1. Vastaväittäjänä professori Jamie Nagle Coloradon yliopistosta ja kustoksena yliopistotutkija DongJo Kim. Väitöstilaisuus on englanninkielinen.
Tomas Snellman valmistui ylioppilaaksi Rauman Yhteislyseon Lukiosta vuonna 2007 ja aloitti fysiikan opinnot Jyväskylän yliopistolla syksyllä 2007. Hän valmistui luonnontieteiden kandidaatiksi vuoden 2012 lopussa ja filosofian maisteriksi Jyväskylän yliopistolla vuoden 2013 lopulla. Hänen väitöstyönsä ohjaajina toimivat yliopistotutkija DongJo Kim ja professori Jan Rak.
Tutkimus on julkaistu Jyväskylän yliopiston väitöstutkimusten sarjassa JYU Dissertations, 99, 2019. ISBN 978-951-39-7800-6 (PDF) URN:ISBN:978-951-39-7800-6 ISSN 2489-9003
Linkki julkaisuun:
äپٴᲹ:
FM Tomas snellman, tomas.snellman@cern.ch
Tiedottaja Tanja Heikkinen, tanja.s.heikkinen@jyu.fi, puh. 050 581 8351