22.6.2021 Uudet kvanttiväridynamiikan yhtälöt kiihdytinkokeiden apuna (Ramnath)

Vahva ydinvoima on sähkömagnetismin, heikon ydinvoiman ja gravitaation ohella yksi neljästä luonnon perusvuorovaikutuksesta. Sitä kuvaavaa hiukkasfysiikan teoriaa kutsutaan kvanttiväridynamiikaksi (QCD). Tässä sana ”väri” viittaa teorian varaukseen (joka ei kuitenkaan liity jokapäiväisestä elämästä tuttuun näkyvän valon väriin). Koska QCD kuvaa osaltaan aineen ja maailmankaikkeuden rakennetta, on sen yksityiskohtainen ymmärtäminen tärkeää. Tässä väitöskirjassa on johdettu uusia yhtälöitä, jotka kuvaavat miten erilaiset kiihdytinkokeissa tehtävät mittaukset riippuvat törmäyksen kokonaisenergiasta.
Julkaistu
22.6.2021

Yksi tutkituista yhtälöistä kuvaa niin kutsun ”odderon”-hiukkasen energiariippuvuutta. Odderon tuli tunnetuksi kansainvälisissä uutisissa vuoden 2020 loppupuolella kun se havaittiin ensimmäistä kertaa CERNissä. Tämän lisäksi väitöskirjassa kehitettiin uusi tapa ratkaista energiariippuvuutta kuvaavia evoluutioyhtälöitä ilman oletusta, että QCD:ssä on hyvin suuri määrä eri värivarauksia. Tämä on tärkeää, sillä todellisessa maailmassa eri värivarauksia on vain kolme erilaista.

Kvarkkeja ja gluoneja on vaikea havaita suoraan, koska teorian alkeishiukkaset, kvarkit ja gluonit, esiintyvät luonnossa vain kahlittuna muiden hiukkasten, kuten protonien, sisään. Näiden alkeishiukkasten mittaaminen on kuitenkin mahdollista suurienergisillä hiukkaskiihdyttimillä kuten LHC:llä (Large Hadron Collider) CERN:issä tai RHIC:illä (Relativistic Heavy Ion Collider) at BNL (Brookhaven National Laboratory) ja tulevalla EIC:llä (Electron-Ion Collider) Brookhavenin laboratoriossa Yhdysvalloissa. Nämä laitteet kiihdyttävät hiukkasia lähelle valon nopeutta, jolloin voidaan havaita pieniä pituusskaaloja, joilla kvarkit ja gluonit voidaan nähdä.

QCD on teoria, jossa on vaikea tehdä ennusteita ja analysoida kokeellisia tuloksia suoraan. Tästä syystä väitöstyössä sovelletaan värilasikondensaattina (CGC) tunnettua efektiivistä kenttäteoriaa QCD:n suuren energian rajalle. Tämän teorian viitekehyksessä tarkastella minkä tahansa hadronin tai ytimen (”kohtio”) törmäystä minkä tahansa toisen hiukkasen (”projektiili”) kanssa. Kohtiota kuvataan tiheänä, pannukakun muotoisena rakenteena joka koostuu valon nopeudella liikkuvista kvarkeista ja gluoneista. Tällaista ainetta kutsutaan CGC:ksi.

Tässä väitöskirjassa tutkitaan projektiilin ja kohtion välisiä vuorovaikutuksia tapauksissa, jotka ovat tärkeitä tiettyjen kiihdytinkokeiden kannalta. Tutkitut yhtälöt kuvaavat, miten nämä vuorovaikutukset muuttuvat kun törmäysenergia muuttuu. Ympäri maailmaa käynnissä olevien kiidytinkokeiden ymmärtämisesessä CGC:n tutkimus on hiukkasfysiikan yhteisössä nuori ja nopeasti kasvava ala.

Tutkimus on julkaistu Jyväskylän yliopiston väistöstutkimusten JYU Dissertations -sarjassa, numero 405, Jyväskylän yliopisto, Jyväskylä, 2021. 
ISBN 978-951-39-8750-3 (PDF), URN:ISBN:978-951-39-8750-3 ja ISSN 2489-9003
Linkki julkaisuun:  

M.Sc. Andrecia Ramnathin väitöskirjan "Nonlinear Evolution in the Colour Glass Condensate" tarkastustilaisuus on tiistaina 22.6. 2021 Jyväskylän yliopistossa alkaen kello 12. Vastaväittäjänä on apulaisprofessori Stephane Munier (Ecole Polytechnique/CNRS, Ranska) ja kustoksena on professori Tuomas Lappi Jyväskylän yliopistosta. Väitöstilaisuuden kieli on englanti.

Yleisö voi seurata väitöstilaisuutta verkkovälitteisesti.

Linkki Zoom-webinaariin (suositellaan Zoom-sovellusta tai Google Chrome selainta): 

Puhelinnumero, johon yleisö voi tilaisuuden lopussa osoittaa mahdolliset lisäkysymyksensä (kustokselle): +358 40 727 4613