Painovoimalla merkittävä vaikutus hiukkasten hajoamiseen varhaisessa maailmankaikkeudessa (Väitös: FM Juho Lankinen, 12.12.2020, teoreettinen fysiikka)
Gravitaatiolla saattaa olla suurempi merkitys hiukkasprosesseihin kuin mitä aikaisemmin on tiedetty. FM Juho Lankisen väitöskirja valottaa painovoiman vaikutuksia varhaisen universumin hiukkasten hajoamiseen.
Nykykäsityksen mukaan universumimme sai alkunsa alkuräjähdyksestä noin 13,8 miljardia vuotta sitten ja on sen jälkeen jatkuvasti laajentunut. Aikaisemmin tätä laajenemista ei ole juurikaan huomioitu hiukkasten hajoamislaskuissa, mutta tuoreen väitöskirjan mukaan sillä saattaa olla aiempaa tiedettyä suurempi vaikutus.
– Laajenevassa universumissa hiukkasten hajoamisnopeudet ja sen myötä niiden eliniät muuttuvat verrattuna tuloksiin, joissa painovoiman vaikutusta ei ole huomioitu. Tämä tulos avaa uusia näkökulmia varhaisen maailmankaikkeuden kosmologian tutkimuksiin, Lankinen kertoo.
Tutkimuksessa tarkasteltiin massiivisen bosonihiukkasen hajoamista sekä massattomiin bosoneihin että fermioneihin universumin laajetessa. Tulokset valottivat perustavanlaatuisella tavalla tapaa, jolla gravitaatio vaikuttaa näihin hajoamisnopeuksiin.
– Avaruuden laajenemisen seurauksesta bosonin hajoaminen toisiin bosoneihin on hitaampaa, kun taas hajoaminen fermioneihin on nopeampaa. Vaikka tämä vaikutus näyttää olevan nykypäivänä pieni, varhaisessa maailmankaikkeudessa sen merkitys saattaa olla hyvinkin suuri.
Hajoamisnopeudet keskeisessä roolissa hiukkasprosesseissa
Hiukkasten hajoamisella varhaisessa maailmankaikkeudessa on perustavanlaatuisia seurauksia kosmologian kannalta. Laskuissa niitä esiintyy aina kosmologisesta inflaatiosta alkuräjähdyksen jälkeiseen atomiydinten muodostumiseen. Vaikka avaruuden kaarevuutta ei voi enää näissä tilanteissa jättää huomioimatta, käytetään niissä usein hajoamisnopeuksia, joissa kaarevuutta ei ole huomioitu.
– Monet laskut käyttävät näitä ”tavallisia” hajoamisnopeuksia, sillä hajoamisnopeuksien lasku avaruuden laajeneminen huomioon ottaen on hyvin monimutkaista. Tällöin herääkin kysymys, kuinka hyviä tai tarkkoja nämä approksimatiiviset laskut ovat, Lankinen toteaa.
Käyttämällä kosmologisissa laskuissa laajenevan universumin hajoamisnopeuksia on mahdollista saavuttaa tarkempia tuloksia sekä ymmärtää paremmin varhaiskosmologian hiukkasprosesseja. Tuloksilla saattaakin olla kauaskantoisia seurauksia hiukkaskosmologian tutkimuksissa.
– Tulokset auttavat saavuttamaan suurempaa ymmärrystä varhaisen maailmankaikkeuden hiukkasprosesseista. Lisäksi mittausten sekä kosmologisen datan tullessa yhä tarkemmiksi saattaa tulevaisuudessa tulla tarve ottaa gravitaation vaikutus hajoamisnopeuksiin huomioon.
***
FM Juho Lankinen esittää väitöskirjansa ”Particle Decay in the Early Universe” julkisesti tarkastettavaksi Turun yliopistossa lauantaina 12.12.2020 klo 14 (Quantum, Auditorio, Vesilinnantie 5, Turku).
Vastaväittäjänä toimii professori Arttu Rajantie (Imperial College London) ja kustoksena professori Sabrina Maniscalco (Turun yliopisto). Tilaisuus on suomenkielinen. Väitöksen alana on teoreettinen fysiikka.
Väitöstilaisuudet voidaan järjestää tilarajoitukset ja erilliset väitöstilaisuuksia koskevat ohjeet huomioiden niin, että samassa tilassa on maksimissaan 10 henkilöä. Yleisöllä ei ole pääsyä väitössaliin, mutta väitöstä voi seurata etäyhteydellä.
Turun yliopisto seuraa aktiivisesti koronavirustilannetta ja viranomaisten ohjeita. Yliopisto päivittää ohjeitaan tilanteen mukaan. Ohjeet ja linkit löytyvät osoitteesta: utu.fi/koronavirus
