27.6.2023 Kylmän ydinaineen tutkiminen dijettien avulla (Saarimäki)
Raskasionitörmäyksiin erikoistunut ALICE-koe CERN:ssä on mitannut erinäisiä protoni- ja ionitörmäyksiä. Oskari Saarimäki on työssään analysoinut ALICE:n mittaamaa 5.02 teraelektronivoltin protoni—protoni ja protoni—lyijy törmäysdataa.
Protoni muodostuu partoneista eli kvarkeista ja gluoneista. Kun protonit ja ionit törmäävät nopeudella, joka on CERN:n LHC-kiihdyttimessä noin 99,999998 % valonnopeudesta, sähkömagneettisen vuorovaikutuksen sijasta protonien ja neutronien kvarkit ja gluonit vuorovaikuttavat keskenään vahvan vuorovaikutuksen kautta.
Vahvan vuorovaikutuksen luonteen takia partoneita ei voi havaita luonnossa paljaaltaan. Sen sijaan partonit hadronisoituvat eli muodostavat pareja tai triplettejä, joita kutsutaan hadroneiksi. Partonien sijasta siis havaitsemme mittalaitteissa partoneista muodostuvat hadronit.
Kun vuorovaikutuksessa syntyy uusi korkeaenerginen partoni, se hajoaa moniksi hiukkasiksi ja muodostaa hadronisoitumisen johdosta tiukasti suunnatun hiukkassuihkun, joka lentää jotakuinkin alkuperäisen partonin lentämään suuntaan. Näitä suihkuja kutsutaan jeteiksi, ja jettejä on tutkittu korkeaenergisissä hiukkastörmäyksissä vuosikymmeniä. Saarimäki on työssään tutkinut dijettejä, mikä on kahden jetin systeemi.
—&Բ;Erityisesti dijettien massoja tutkimalla päästään käsiksi kovan vuorovaikutuksen ominaisuuksiin, eli tutkimaan kysymystä onko vapailla ja sidotuilla protoneilla eroa näillä energioilla, kertoo Saarimäki.
Jotta kuumaa ydinainetta voidaan tutkia, kylmää on ymmärrettävä paremmin
Saarimäen tekemän analyysin takia voidaan sanoa, että mahdollisimman kattavasti mitatuissa protoni—protoni ja protoni—lyijy törmäyksissä ei ole merkittävää eroa keskenään dijettien massan suhteen. Tämä kertoo siitä, että virherajojen puitteessa ALICE:n mittaamalla energia-alueella voidaan sanoa sidotun protonin ja neutronin vuorovaikuttavan vahvasti hyvin samalla tavalla kuin vapaan protonin. Lopputulos on yhteensopiva aiemmin tehtyjen jettimittausten kanssa.
Saarimäki ajoi myös tutkimuksessaan simulaatioita, joiden perusteella nähdään pieni massaspektrin vahvistuminen protoni—lyijy törmäyksissä, mutta joka on kuitenkin virherajojen puitteessa samaa mieltä mittaustulosten kanssa.
— On myös tulevaisuuden kannalta merkityksellistä, että saamme tietää kylmän ydinaineen efekteistä ennen kuin tutkimus siirtyy lyijy—lyijy törmäyksiin, jossa syntyy kuumaa ydinainetta eli kvarkki—gluoniplasmaa, Saarimäki tiivistää.
Kuuman ydinaineen eksoottisessa tilassa kvarkit ja gluonit voivat hetkellisesti liikkua ja vuorovaikuttaa vapaasti keskenään. Kvarkki—gluoniplasman efektejä tutkiessa täytyy pystyä vakuuttavasti näyttämään, että kyseessä ei ole kylmän ydinaineen aiheuttama efekti, jota Saarimäki on nyt tutkinut.
Tämä väitöskirjatyö on osa Fysiikan tutkimuslaitoksen (Helsinki Institute of Physics, HIP) ALICE-projektia sekä Jyväskylän yliopiston Kvarkkiaineen huippututkimusyksikön kokeellista tutkimusta. Tutkimusta ovat rahoittaneet Jyväskylän yliopiston tutkijakoulu, Magnus Ehrnroothin säätiö, HIP:in ALICE-projekti, ja Kvarkkiaineen huippututkimusyksikkö.
FM Oskari Saarimäen fysiikan väitöskirja ”Dijet invariant mass spectrum in pp and p--Pb collisions at sqrt(sNN) = 5.02 TeV” tarkastetaan 27.6.2023 klo 12 alkaen salissa FYS1. Vastaväittäjänä toimii Associate Professor Dennis Perepelitsa (University of Colorado, USA) ja kustoksena yliopistonlehtori Sami Räsänen (Jyväskylän yliopisto). Väitöstilaisuuden kieli on englanti.
Julkaisutiedot:
äö쾱Ჹ ”Dijet invariant mass spectrum in pp and p--Pb collisions at sqrt(sNN) = 5.02 TeV” on luettavissa JYX-julkaisuarkistossa: