Jyväskylän yliopiston uusi ERC-miljoonarahoitus valaisee gluoniainetta
Jyväskylän yliopiston fysiikan laitoksen akatemiatutkija Heikki Mäntysaari tutkii kynän, paperin ja tietokoneen avulla alkeishiukkasaineen ominaisuuksia ja niiden vuorovaikutuksia. Tutkimus on perustutkimusta, jonka tarkoituksena on vastata perustavanlaatuisiin kysymyksiin siitä, miten maailmankaikkeus toimii ja mistä se on rakennettu.
- Tutkimukseni liikkuu ydin- ja hiukkasfysiikan välimaastossa. Nykykäsityksen mukaan atomin ytimestä löytyy suuri määrä jakamattomia alkeishiukkasia, ns. kvarkkeja ja gluoneja. Kvarkit ovat protonien ja neutronien rakennuspalikoita, ja gluonit ovat niitä yhdessä pitävä liima. Tutkimukseni keskittyy näiden alkeishiukkasten ominaisuuksien selvittämiseen, kertoo Mäntysaari.
Gluonisaturaation tutkimista suurilla energioilla
Mäntysaaren ERC-projektin “Shining light on saturated gluons” kohteena on vahva vuorovaikutus aineen perimmäisten rakenneosasten, kvarkkien ja gluonien, välillä. Hänen tavoitteenaan on tarkkojen teoreettisten laskujen ja tilastollisten analyysien perusteella selvittää, onko gluonisaturaatioksi kutsuttu ilmiö havaittavissa nykyisissä tai seuraavan sukupolven hiukkaskiihdytinkokeissa. Samalla pyritään ymmärtämään protonien ja atomiytimien rakennetta silloin, kun ne on kiihdytetty hyvin suurille energioille.
- Tutkimalla suurille energioille kiihdytettyjen protonien (vety-ytimien) rakennetta hiukkaskiihdyttimillä on havaittu, että kvarkkien ja gluonien määrä kasvaa nopeasti törmäysenergian kasvaessa. ERC-projektissani tutkittavalla gluonisaturaatiolla tarkoitetaan ilmiötä, joka hidastaa tätä tiheyden kasvamista niin, että lopulta näiden saturaatioilmiöiden seurauksena saavutetaan gluoniaineen eräänlainen uusi olomuoto, jossa tiheydet ovat niin suuria kuin luonnossa ylipäätään on mahdollista, selventää Mäntysaari.
Kvarkkigluoniplasman ominaisuuksien määrittäminen
Saturaatioilmiöiden havaitsemisen lisäksi Mäntysaari haluaa selvittää tällaisen saturoituneen gluoniaineen tarkat ominaisuudet. Tieto auttaa ymmärtämään vahvoja vuorovaikutuksia kuvaavaa kvanttiväridynamiikkana tunnettua kvanttikenttäteoriaa.
- Lisäksi tulosten sovelluksena kehitämme uusia tapoja kuvata, mitä tapahtuu suurienergiaisissa lyijy-lyijy-törmäyksissä ennen kvarkkigluoniplasmana tunnetun alkeishiukkasaineen muodostumista. Tämän pohjalta selvitämme, miten saturaatioilmiöiden tarkka tunteminen vaikuttaa kvarkkigluoniplasman ominaisuuksien määrittämiseen, kertoo Mäntysaari.
۳ٱٲötä kokeellisten tutkijoiden kanssa
Teoreettiset tutkijat, kuten Mäntysaari, hoitavat teoreettiset laskut. Tutkiminen ei kuitenkaan ole yksinäistä, sillä tiivistä yhteistyötä tehdään muiden teoreetikoiden lisäksi myös kokeellisten tutkijoiden kanssa.
- Teoreettisia laskuja verrataan esimerkiksi CERNin LHC-kiihdyttimellä tehtäviin mittauksiin. Lisäksi tutkimme tarkasti, miten vajaan kymmenen vuoden päästä Yhdysvaltoihin valmistuvan uuden elektroni-ioni-törmäyttimen (EIC) mittauksia voidaan käyttää kvanttiväridynamiikan aineen yksityiskohtaiseen tutkimiseen, ja miten mittaukset :ä ja :ä täydentävät toisiaan, kertoo Mäntysaari.
Tutkimus toteutetaan Jyväskylän yliopiston fysiikan laitoksella toimivassa Suomen Akatemian Kvarkkiaineen tutkimuksen huippuyksikössä.
äپٴᲹ:
-
Euroopan tutkimusneuvoston (European Research Council, ERC) tiedote:
