Teoreettisen ydinfysiikan avulla etsitään vastauksia maailmankaikkeuden ratkaisemattomiin arvoituksiin hyödyntämällä sekä ydin- että hiukkasfysiikan tietoa. Yksi keskeisistä kysymyksistä on neutriinon massan ja luonteen määrittäminen, joka liittyy perustavanlaatuisiin luonnonlakeihin ja kosmologisiin ilmiöihin. Tämän vuoksi ydinmallilaskut neutriinottoman kaksoisbeetahajoamisen arvioimiseksi ovat nousseet keskeiseen asemaan kansainvälisessä tutkimuksessa.
- Ydinmallilaskujen avulla ytimen käyttäytymistä, esimerkiksi erilaisissa hajoamisprosesseissa tai viritystilojen tutkimisessa, voidaan mallintaa ilman kokeellisia toimenpiteitä. Teoreettiset laskut ovat oleellisia, kun harkitaan suurien tutkimusinfrastruktuurien rakentamista ja mielenkiintoisten ytimien tutkimista, kertoo väitöskirjatutkija Elina Kauppinen.
Uutta tietoa neutriinottomasta kaksoisbeetahajoamisesta
Väitöskirjassaan Kauppinen on laskenut ydinmatriisielementtien arvoja tunnetuissa ja potentiaalisissa kaksoisbeetahajoavissa ytimissä. Näitä arvoja tarvitaan hajoamisten puoliintumisaikojen laskemisessa ja arvioinnissa. Viimeaikaiset tutkimukset ovat paljastaneet, että neutriinottoman kaksoisbeetahajoamisen matriisielementin laskussa on sivuutettu lyhyen kantaman vuorovaikutuksesta aiheutuva termi. Tämän termin on kuitenkin havaittu olevan oleellinen osa matriisielementtilaskua.
- Olen tutkinut lyhyen kantaman matriisielementin vaikutusta hajoamisen kokonaismatriisielementtiin käyttämällä ytimen mallintamiseen mikroskooppista vuorovaikuttavaa bosonimallia. Vaikka tarkkojen arvojen määrittäminen on haastavaa laskuihin liittyvien epävarmuuksien takia, systemaattisesti tutkimalla useita ytimiä ja vertaamalla saatuja tuloksia muilla ydinmalleilla tehtyihin laskuihin, voidaan saada paljon tietoa, selvittää Kauppinen.
Tutkimus tukee vahvasti käsitystä, että lyhyen kantaman matriisielementti on olennainen osa kokonaismatriisielementin laskentaa.
Jättiresonanssien avulla tietoa ydinmallin toimivuudesta
Ydinmallilaskuja pyritään hiomaan mahdollisimman tarkoiksi, jotta teoreettiset ennusteet olisivat luotettavia. Kauppisen väitöskirjan toinen osa keskittyi testaamaan kvasihiukkasten satunnaisvaiheteoriaa. Väitöskirjassa tutkittiin korkean energian virityksiä teoreettisesti laskemalla voimakkuusfunktiota multipolijättiresonansseille.
- Pystyimme vertaamaan kokeellisesti määritettyjä tuloksia jättiresonansseista ja laskemiamme tuloksia keskenään. Kokeet ja teoria vastasivat pääosin toisiaan, vaikka erojakin huomattiin, sanoo Kauppinen.
FM Elina Kauppisen väitöskirjan "Nuclear-structure calculations of double beta decay and giant resonances” tarkastustilaisuus järjestetään perjantaina 5.12.2025 klo 12 salissa KEM1. Vastaväittäjänä toimii professori Fedor Šimkovic (Comenius University in Bratislava) ja kustoksena yliopistotutkija Jenni Kotila (Jyväskylän yliopisto).
Väitöskirja “Nuclear-structure calculations of double beta decay and giant resonances” on luettavissa JYX-julkaisuarkistossa: https://jyx.jyu.fi/jyx/Record/jyx_123456789_106935
