Väitös: Kiihdytinlaboratoriossa tehdyt huipputarkat mittaukset paljastavat ydinhajoamisten energiat (Ruotsalainen)
Neutriinot ovat hyvin yleisiä hiukkasfysiikan standardimallissa esiintyviä alkeishiukkasia. Niiden ominaisuuksia tutkimalla voidaan luoda tarkempia malleja maailmankaikkeuden synnystä, tähtien elinkaaresta ja alkeishiukkasten välisistä vuorovaikutuksista. Avoimia kysymyksiä ovat muun muassa neutriinon massa sekä se, onko neutriino oma antihiukkasensa.
- Neutriinojen massaa ja antihiukkasluonnetta voi tutkia mittaamalla atomiytimen radioaktiivisia beeta- ja kaksoisbeetahajoamisia. Näihin tutkimuksiin sopivia ytimiä on todennäköisesti vain joitain kymmeniä. Hajoamisessa vapautuvan energian suuruus, eli Q-arvo, vaikuttaa kunkin ytimen soveltuvuuteen näihin tutkimuksiin, kertoo väitöskirjatutkija Jouni Ruotsalainen Jyväskylän yliopistolta.
Q-arvomittauksia JYFLTRAP Penningin loukulla
Väitöskirjatyössään Jouni Ruotsalainen selvitti kahden kaksoisbeeta- ja yhden beetahajoamisen Q-arvot. Tätä varten hän mittasi hajoamisen emo- ja tytärytimen massaeron JYFLTRAP kaksois-Penningin loukulla, joka sijaitsee Jyväskylän yliopiston kiihdytinlaboratoriossa.
- Loukun vahvassa magneettikentässä ydin liikkuu ympyrämäisellä radalla. Mittaamalla kahden ytimen pyörimistaajuudet liikkeen vaiheen kuvantamiseen perustuvalla ionisyklotroniresonanssi tekniikalla, pystyimme selvittämään niiden suhteellisen massaeron miljardisosan tarkkuudella ja jopa hieman tarkemmin. Mittaustarkkuus on maailman huippua, toteaa Ruotsalainen.
Ytimien soveltuvuus neutriinotutkimukseen
Mitattuja Q-arvoja käyttäen hajoamisille laskettiin puoliintumisajat yhdessä Jyväskylän yliopiston ydinteoriaryhmän kanssa. Koska näiden hajoamisten puoliintumisajat ovat tyypillisesti hyvin pitkiä, laskettu puoliintumisaika kertoo, kuinka monta hajoamista saataisiin havaittua suunnitelluissa neutriinon massan määrittämiseen tähtäävissä mittauksissa.
- Tässä työssä mitattujen kaksoisbeetahajoavien ytimien lasketut puoliintumisajat ovat niin pitkiä, että neutriinon massan tai antihiukkasluonteen määrittämiseksi ei järjellisessä ajassa saataisi havaittua riittävästi hajoamisia. Hopea-110 isotoopin isomeeri sitä vastoin on lasketun beetahajoamisen puoliintumisajan ja muiden ominaisuuksien perusteella loistava ehdokas neutriinon massamittaukseen, iloitsee Ruotsalainen.
FM Jouni Ruotsalaisen väitöskirjan "High-precision Q-value measurements for neutrino physics using the JYFLTRAP Penning trap" tarkastustilaisuus perjantaina 10.10.2025 klo 12:00 alkaen fysiikan laitoksen salissa FYS1. Vastaväittäjänä toimii professori Lutz Schweikhard (Universität Greifswald) ja kustoksena professori Anu Kankainen (Jyväskylän yliopisto). Väitöstilaisuuden kieli on englanti.
Väitöskirja "High-precision Q-value measurements for neutrino physics using the JYFLTRAP Penning trap" on luettavissa JYX-julkaisuarkistossa: https://jyx.jyu.fi/jyx/Record/jyx_123456789_105918?sid=209573720
