Väitös: Vahvan vuorovaikutuksen tutkiminen hiukkastörmäyksissä jettimittauksin (Huhta)
Vahva vuorovaikutus pitää aineen pienimmät rakenneosat, kvarkit ja gluonit, eli partonit, yhdessä muodostaen sidottuja tiloja. Jo koulussa opetetaan, että nukleonit, siis protonit ja neutronit, eivät ole alkeishiukkasia, vaan kolmen kvarkin sidottuja tiloja. Todellisuus on kuitenkin monimutkaisempi, sillä nukleonin sisäinen rakenne muuttuu sen mukaan, millä tarkkuudella sitä tutkitaan.
- Hiukkasfysiikassa mikroskooppina toimii hiukkaskiihdytin, jossa havaintojen tarkkuus kasvaa törmäysenergian myötä. CERNin suuren hadronitörmäyttimen LHC:n varrella sijaitsee ALICE-koe, johon väitöstyöni sijoittuu, kertoo väitöskirjatutkija Laura Huhta Jyväskylän yliopistolta.
Nukleonien rakennetta kuvataan partonijakaumilla, jotka kertovat todennäköisyyden löytää tietyn liikemääräosuuden x omaava partoni nukleonista. Pienillä x:n arvoilla partonien, etenkin gluonien, määrä kasvaa nopeasti, ja teorian mukaan kasvu saavuttaa lopulta rajan, jota kutsutaan saturaatioksi.
- Gluonien saturaatio on ennustettu vuosikymmeniä sitten, mutta siitä ei ole vielä saatu kiistattomia kokeellisia havaintoja, selventää Huhta.
FoCal-ilmaisin mahdollistaa saturaation tutkimisen
Vuonna 2030 ALICEeen asennetaan uusi FoCal-ilmaisin, joka mahdollistaa mittauksia erittäin pienillä x:n arvoilla.
- Väitöstyössäni tutkin FoCalin suorituskykyä simulaatioiden avulla ja osoitan, että myös matalan poikittaisliikemäärän jettejä voidaan rekonstruoida tarkasti. FoCal mahdollistaa siten gluonisaturaation tutkimuksen etusuuntaisten jettien ja niiden korrelaatioiden avulla, kertoo Huhta.
Dijetit eri törmäyssysteemeissä
LHC:ssa törmäytetään sekä raskaita ytimiä että protoneita. Lyijy-lyijymittausten tulkinta edellyttää vertailua protoni-protoni- ja protoni-lyijytörmäyksiin, jotta voidaan tunnistaa mitattavan suureen perusominaisuudet sekä mahdolliset vaikutukset, joita protonin osuminen lyijy-ytimeen aiheuttaa.
- Dijetti on kahden jetin muodostama systeemi. Väitöstutkimuksessani olen tuottanut päivitetyn mittauksen varattujen dijettien invarianttimassasta, joka toimii mittarina vuorovaikutuksen voimakkuudelle, näissä kahdessa törmäyssysteemissä ALICEssa, sanoo Huhta.
Tuloksia verrataan simulaatioihin, jotka viittaavat mittausten ulottuvan ydinpartonijakaumien anti-varjostusalueelle, jossa ydinpartonijakauma on suurempi kuin yksittäisessä protonissa.
- Mittauspisteet ovat tulkinnan kanssa yhdenmukaisia, mutta mittausepävarmuudet ovat vielä liian suuria lopullisten johtopäätöksien muodostamiseksi. Tulevat ALICE-mittaukset parantavat tarkkuutta, ja työni luo tärkeän vertailupohjan tuleville lyijy-lyijyanalyyseille, kuvailee Huhta.
Väitöstutkimus on osa Kvarkkiaineen tutkimuksen huippuyksikköä. Yksikön teoriaryhmillä on pitkä perinne partonijakaumien määrittämisestä. FoCal-ilmaisimella tehtävä tutkimus vahvistaa partonijakaumien tutkimista yksikössä myös kokeellisesti.
FM Laura Huhdan väitöskirjan "Probing QCD via dijet invariant mass in pp and p–Pb collisions and performance of forward jets with ALICE FoCal” tarkastustilaisuus on 5.12.2025 klo 12:00 alkaen fysiikan laitoksen salissa FYS1. Vastaväittäjänä toimii apulaisprofessori Martin Spousta (Charles University) ja kustoksena apulaisprofessori Sami Räsänen (Jyväskylän yliopisto). Väitöstilaisuuden kieli on englanti.
Väitöstilaisuutta voi seurata myös etänä:
Seuraa väitöstä Moniviestimen kautta
Väitöskirja "Probing QCD via dijet invariant mass in pp and p–Pb collisions and performance of forward jets with ALICE FoCal” on luettavissa JYX-julkaisuarkistossa: https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-86-1117-2
