Tutkimme kvarkkien ja gluonien vuorovaikutuksia, joita kuvaava hiukkasfysiikan standardimallin osa on kvanttiväridynamiikka, QCD. Ryhmämme erityisalana on kvanttiväridynamiikka raskailla atomiytimillä tehtävissä törmäyskokeissa. Kvanttiväridynamiikan häiriöteoriaa käytämme raskaiden atomiytimien kvarkkien ja gluonien vuorovaikutusten ymmärtämiseksi. Tärkeä tutkimuskohde on erityisesti vahvasti vuorovaikuttava alkeishiukkasaine, kvarkkigluoniplasma, jota tuotetaan CERN-LHCn ja BNL-RHICn törmäyskokeissa. Pyrimme tekemään ennusteita näissä törmäyskokeissa mitattaville suureille, joiden perusteella kvarkkigluoniplasman ominaisuudet voidaan määrittää, tässä mallinnuksessa keskeisenä osana on myös relativistinen virtausdynamiikka.
Yhdessä ALICE-ryhmän kanssa muodostamme Suomen Akatemian valitseman Kvarkkiaineen tutkimuksen huippuyksikön.
Lisätietoa tutkimustuloksista, toiminnasta ja ryhmän tutkijoista englanninkielisillä sivuilla.
Mahdollisia opinnäytetyön aiheita
Mahdollisia opinnäytetyön aiheita voi tiedustella kaikilta ryhmän vanhemmilta tutkijoilta. Alla on lista joistain esimerkkiaiheista. Kannattaa myös katsoa minkälaisia opinnäytetöitä ryhmässämme on aiemmin tehty Opinnäytetyöt-sivulta.
- Hila-QCD:n etumerkkiongelma ja sen mahdollisia ratkaisuja (kompleksinen Langevin-yhtälö, Lefschetz thimble jne), mahdollisesti esimerkkinä analyyttisestikin ratkeava tapaus, Kandityö, erikoistyö tai gradu, ohjaaja Tuomas Lappi
- Relativistisen vetyatomin energiatilat Diracin yhtälöstä, esitiedot kvantti I, erikoistyö, ohjaaja Kari J. Eskola
- Protonin sisäistä rakennetta kuvataan hiukkasfysiikassa partonijakaumilla, jotka heijastelevat kvarkkien ja gluonien lukumäärärätiheyksiä protonin sisällä. Nämä jakaumat kuitenkin riippuvat käytetyn “mikroskoopin” tarkkuudesta — mitä tarkempi mikroskooppi, sitä enemmän virtuaalisia hiukkasia on mahdollisuus erottaa. Tätä riippuvutta resoluutiotarkkuudesta kuvaa ns. DGLAP renormalisaatioryhmäyhtälö. Tässä työssä tutustutaan näihin yhtälöihin, johdetaan niiden ns. tupla-asymptoottinen analyyttinen ratkaisu, jota verrataan kokeelliseen mittausdataan. Gradu, esitietoina vähintään hiukkasfysiikka, ohjaaja Hannu Paukkunen.
- Diffraktio hiukkaskiihdyttimissä: Diffraktio on klassisesta fysiikasta tuttua. Hiukkaskiihdytinkokeissa voidaan havaita vastaava ilmiö, jonka kuvailemiseen tarvitaan kvanttimekaniikkaa. Tällaisia prosesseja tutkimalla voidaan selvittää esimerkiksi protonien ja ytimien kvarkki- ja gluonitiheyksiä sekä geometrista rakennetta. Tutkielmassa käydään läpi ns. Good-Walkerin kvanttimekaaninen käsittely diffraktiiviselle sironnalle ja sen sovelluksia kiihdytinkokeisiin. Erikoistyö tai gradu. Tarvittavat esitiedot: kvanttimekaniikka 1, ohjaaja Heikki Mäntysaari
- Erikoisfunktion kompleksi-integraaliesitys ja asymptoottinen kehitelmä, erikoistyö, ohjaaja Kari J. Eskola. Esitiedot: kompleksianalyysin alkeet. Erikoisfunktioksi valitaan esim. Besselin funktio, Airyn funktio tai muu vastaava.
- Kvarkittoman QCD:n faasitransitio hilalla, numeerinen lasku. Erikoistyö tai gradu, ohjaaja Tuomas Lappi
- Kvarkonium-hiukkaset ovat kahden raskaan kvarkin muodostamia sidottuja tiloja. Tässä työssä tutustutaan näiden tilojen epärelativistiseen käsittelyyn kvanttikenttäteoriassa ja siihen, miten relativistisia korjauksia voidaan systemaattisesti laskea. Tavoitteena on laskea tuottotodennäköisyyksiä LHC:n protoni-protoni törmäyksissä QCD:n alimmassa kertaluvussa ja verrata tuloksia kokeellisiin mittauksiin. Vaihtoehtoisesti voidaan laskea kvarkonium-hiukkasten hajoamisia alinta seuraavaan kertalukuun QCD:n häiriöteoriassat [viite]. Gradu, esitietoina vähintään hiukkasfysiikka, ohjaaja Hannu Paukkunen.
- Valo valoa vasten -sironta LHC kiihdyttimessä. Kysessä on kvanttielektrodynamiikan (QED:n) ennustama kvanttiprosessi, joka on hiljattain todennettu LHC:ssä. Tässä työssä lasketaan läpi teoreettinen ennuste 1-lenkki QED-laatikkodiagrammeista ja tutustutaan siihen, miten prosessi havaittiin. (ks. esim. [viite]). Gradu, esitietoina vähintään hiukkasfysiikka, ohjaaja: Hannu Paukkunen
- Protonin fluktuoivan geometrian selvittäminen kaksihiukkaskorrelaatioista, erikoistyö tai gradu, ohjaaja Heikki Mäntysaari