Väitös

30.11.2018: Kvarkkiaineen tutkimusta CERNin ALICE-kokeen mittaamina (Vargyas)

Aika:

30.11.2018 12:00 — 14:00


Sijainti: Ylistonrinne , FYS1
Tiedote: 30.11.2018: Kvarkkiaineen tutkimusta CERNin ALICE-kokeen mittaamina
Tuore fysiikan väitöstutkimus käsittelee kvarkki-gluoni plasmaa, joka on kuuminta ainetta, mitä on koskaan tuotettu laboratoriossa. Lisäksi tutkimuksessa kehitettiin Euroopan hiukkasfysiikan tutkimuskeskuksen CERNin mittalaitteita, mikä mahdollistaa entistä tarkemmat mittaukset tulevaisuudessa.

Muutama miljoonasosasekunti alkuräjähdyksen jälkeen, maailmankaikkeus oli niin kuuma, että kvarkit ja gluonit liikkuivat melko vapaasti muodostaen aineen uuden olomuodon, jota kutsutaan kvarkki-gluoniplasmaksi (QGP). Muutamia mikrosekunteja myöhemmin maailmankaikkeus jäähtyi laajentuessaan niin paljon, että kvarkit muodostivat protoneja ja neutroneja, jotka ovat nykyisen aineen perusosasia. Fysiikan alan väitöstyössään Márton Vargyas tutki kvarkki-gluoniplasman ominaisuuksia raskasionitörmäyksissä, joita tuotetaan laboratorio-olosuhteissa esimerkiksi CERNin suurella hadronitörmäyttimellä (LHC). Tutkimus voi auttaa ymmärtämään aineen ominaisuuksia varhaisessa maailmankaikkeudessa.

- Koska törmäyksessä syntynyt QGP on niin lyhytikäistä, ei sitä voi tutkia ulkopuolisten havaintojen avulla. Sen sijaan QGP:n ominaisuuksiin täytyy päästä käsiksi mittaamalla törmäyksessä syntyviä tapahtumia, joita plasman läsnäolo muuttaa. Yksi esimerkki on nk. jettien havainnointi, Várgyas kertoo.

Fysiikan perustutkimusta

Jetin siemenenä toimii hyvin suurienerginen partoni, eli kvarkki tai gluoni, joka syntyy törmäyksissä. Partonit eivät esiinny luonnossa vapaina hiukkasina, vaan muodostavat aina keskenään sidottuja tiloja, kuten nukleoneja. Lopputilan hiukkaset syntyvät, kun alkuperäinen partoni jakautuu säteilemällä useisiin uusiin partoneihin, jotka yhdessä muodostavat lopputilan hiukkaset. Mikäli alkuperäisen partonin liikemäärä on suuri, muodostavat säteillyt hiukkaset hiukkassuihkun alkuperäisen partonin liikesuunnan määräämän akselin ympärille. Tällaista kollimoitua hiukkassuihkua kutsutaan jetiksi. Raskasionitörmäyksissä syntyneiden jettien täytyy tunkeutua QGP:n läpi ennen mittalaitteisiin päätymistä. Toisaalta, protoni-protoni törmäyksissä plasmaa ei synny. Plasman ominaisuuksista saadaan tietoa vertailemalla raskasionitörmäyksissä ja protoni-protoni törmäyksissä syntyneiden jettien ominaisuuksia. Väitöstyössä havaittiin, että raskasionitörmäyksissä jetit ovat kapeampia kuin protoni-protoni törmäyksissä. Myös aikaisemman tutkimuksen perusteella tiedetään, että kvarkkien muodostamat jetit ovat keskimäärin kapeampia kuin gluonien. Niinpä yksi mahdollinen selitys on, että gluonit absorboituvat plasmaan suuremmalla todennäköisyydellä kuin kvarkit.

- Kehittämälläni analyysikoodilla voi louhia havainnot ALICE-kokeen mittaustuloksista, Vargyas jatkaa.

Kyseessä on perustutkimus, jolle ei ole välittömiä käytännönsovelluksia. Toinen osa väitöstyötä oli enemmän mittalaitteisiin painottunutta. ALICE-kokeen aikaprojektiokammio (Time Projection Chamber, TPC) päivitetään LHC:n seuraavan pitkän huoltotauon aikana (2019–2020). Yksi keskeinen osa TPC:n päivitystä on tiedon lukemiseen liittyvän lankakammion korvaaminen GEM-kalvoihin (Gas Electron Multiplier foils) perustuvalla teknologialla.

- Kehitin laadunvarmistuksessa käytettyä ohjelmistoa ja analysoin sen avulla CERNissä tuotettuja GEM-kalvoja. Kiinnostavin osa tässä työssä oli tutkia korrelaatiota kalvojen reikien koon ja niiden sähköisen vahvistuksen välillä, Vargyas kertoo.

Työ on tehty yhteistyössä Jyväskylän yliopiston, Fysiikan tutkimuslaitoksen (Helsinki Institute of Physics, HIP) sekä CERNin ALICE-kokeen kesken. Tutkimusta rahoittivat Jyväskylä yliopisto, Väisälä säätiö sekä Fysiikan tutkimuslaitos.

Filosofian maisteri Márton Vargyasin väitöskirjan “Jet shape modification in Pb-Pb collisions at sqrt(sNN) = 2.76 TeV using two-particle correlations'' tarkastustilaisuus pidetään perjantaina 30.11.2018 klo 12:00 fysiikan laitoksen luentosalissa FYS1. Vastaväittäjänä professori Roy Lacey Stonybrookin yliopistosta ja kustoksena professori Jan Rak Jyväskylän yliopistosta. Väitöstilaisuus on englanninkielinen.

Márton Vargyas suoritti maisterin tutkinnon fysiikasta Eötvös Lorándin yliopistossa (Budapest, Unkari) vuonna 2013. Hänen väitöstyönsä ohjaajina toimivat professori Jan Rak ja filosofian tohtori Sami Räsänen. Márton vietti vuoden CERNissä väitöstyön aikana.

Lisätietoja:

Väitöskirja on julkaistu sarjassa Department of Physics, University of Jyväskylä Research Report series with the number 126. ISBN 978-951-39-7609-5 (print), ISBN 978-951-39-7610-1 (online). Linkki väitöskirjaan: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-39-7610-1 

Lisätietoja

Márton Vargyas

Tohtorikoulutettava

Fysiikan laitos

marton.vargyas@cern.ch