29.10.2021 Tarkempaa tietoa protonin sisäisen gluonipilven rakenteesta (Hänninen)

Vety-ydin eli protoni koostuu kolmesta alkeishiukkasesta: kahdesta ylös-kvarkista ja yhdestä alas-kvarkista. Kvarkeilla on värivaraus, joten ne vuorovaikuttavat vahvalla ydinvoimalla, jota välittävät gluonit ja joka pitää protonin kasassa. Vahvaa vuorovaikutusta kuvaava kvanttiväridynamiikka-kenttäteoria eli QCD kertoo, että suurilla energioilla protonin kvarkit ja näiden vaihtamat gluonit säteilevät suuria määriä gluoneja. QCD ennustaa, että tämän säteilyn kasvattaman protonin sisäisen gluonitiheyden täytyy saavuttaa suurin mahdollinen arvo, mitä kutsutaan gluonikyllästymiseksi.
Henri Hänninen
Julkaistu
29.10.2021

Henri Hännisen väitöstutkimuksessa gluonikyllästymistä tutkittiin QCD:tä korkealla energialla kuvaavassa värilasikondensaatti-kenttäteoriassa. Värilasikondensaatti-teoriassa suuren tiheyden gluonipilveä kuvataan yksittäisten hiukkasten sijaan näiden kollektiivisena värivarauskenttänä. Tämän värikentän rakennetta ja käytöstä energian muuttuessa selvitetään suuren energian hiukkastörmäysten ja teoreettisten laskujen avulla.

Tietoa gluonipilven värikentän, eli värilasikondensaatin, rakenteesta ja käytöksestä saadaan vertaamalla teoreettisia laskuja hiukkastörmäysten kokeellisiin tuloksiin. Hännisen tutkimuksessa laskettiin ensimmäistä kertaa häiriöteorian toisessa kertaluvussa elektroni–protoni-törmäysten vaikutusalat nk. syvässä epäelastisessa sironnassa, minkä avulla saatiin uutta huipputarkkaa tietoa värilasikondensaatista. Tämäntyyppisiä uusia korkean tarkkuuden teorialaskuja tarvitaan, kun Yhdysvalloissa rakennuspäätöksen saanut elektroni–ioni-kiihdytin alkaa 2030-luvulla tuottaa huipputarkkoja mittaustuloksia. 

Toinen mahdollisuus saada tietoa värilasikondensaatista on tutkia nk. diffraktiivisia elektroni–protoni-sirontoja. 1990-luvulla DESY–HERA-kokeessa tehtiin merkittävä havainto, että noin 10 %:ssa suuren energian elektroni–protoni-törmäyksistä protoni säilyi ehjänä ja vuorovaikutuksen välittänyt fotoni muodosti hiukkassuihkun ilmaisimeen. Teoreettinen ymmärrys diffraktiiviset sironnat mahdollistavasta perustavasta mekanismista on vielä puutteellinen. 

Tutkimuksessa laskettiin värilasikondensaatti-teoriassa aiempaa paremmassa teoreettisessa tarkkuudessa johtava osuus diffraktiivisen elektroni-protoni syvän epäelastisen sironnan vaikutusalasta. Tarkempien teoreettisten laskujen avulla voidaan saada uutta tietoa diffraktiivisesta sironnasta sekä toisaalta gluonikyllästymisprosessista protonissa. 

Väitöskirja on julkaistu sarjassa JYU Dissertations numerona 444, Jyväskylä 2021, ISSN 2489-9003, ISBN 978-951-39-8893-7 (PDF). Linkki väitöskirjaan:

FM Henri Hännisen väitöskirjan "Deep Inelastic Scattering in the Dipole Picture at Next-to-Leading Order" tarkastustilaisuus perjantaina 29.10.2021 klo 12. Vastaväittäjänä professori Krzysztof Golec-Biernat (Polish Academy of Sciences, Puola) ja kustoksena professori Tuomas Lappi (Jyväskylän yliopisto). Väitöstilaisuuden kieli on englanti.

Yleisö voi seurata väitöstilaisuutta väitössalissa tai verkkovälitteisesti.
Linkki Zoom-webinaariin (suositellaan Zoom-sovellusta tai Google Chrome selainta): 

Puhelinnumero, johon yleisö voi tilaisuuden lopussa osoittaa mahdolliset lisäkysymyksensä (kustokselle): +358408054879