G5 Artikkeliväitöskirja
Probing neutrinoless double-beta decay by charge-exchange reactions and muon capture (2020)

Jokiniemi, L. (2020). Probing neutrinoless double-beta decay by charge-exchange reactions and muon capture [Doctoral dissertation]. Jyväskylän yliopisto. JYU Dissertations, 288. http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-39-8304-8

JYU-tekijät tai -toimittajat

Julkaisun tiedot

Julkaisun kaikki tekijät tai toimittajat: Jokiniemi, Lotta

eISBN: 978-951-39-8304-8

Lehti tai sarja: JYU Dissertations

eISSN: 2489-9003

Julkaisuvuosi: 2020

Sarjan numero: 288

Kustantaja: Jyväskylän yliopisto

Kustannuspaikka: Jyväskylä

Julkaisumaa: Suomi

Julkaisun kieli: englanti

Pysyvä verkko-osoite: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-39-8304-8

Julkaisun avoin saatavuus: Avoimesti saatavilla

Julkaisukanavan avoin saatavuus: Kokonaan avoin julkaisukanava

Tiivistelmä

Tässä väitöskirjassa esitetään, kuinka varauksenvaihtoreaktioita ja myonisieppausta voidaan hyödyntää neutriinottoman kaksoisbeetahajoamisen (0νββ), erään hiukkasfysiikan standardimallin ulkopuolisen prosessin, tutkimuksessa. Tähän mennessä 0νββ-hajoamista ei olla onnistuttu havaitsemaan mittavista kokeellisista yrityksistä huolimatta, mutta löydyttyään se paitsi todistaisi standardimallin ulkopuolisen fysiikan olemassaolon, myös tarjoaisi arvokasta tietoa toistaiseksi tuntemattomista neutriinon luonteesta ja massaluokasta. Tämän vuoksi prosessiin liittyvän ydinrakennefysiikan teoreettisen kuvauksen kehittäminen on tulevien kokeiden suunnittelun kannalta elintärkeää. 0νββ -hajoaminen etenee väliytimen virtuaalisten tilojen tytärytimen perustai viritystiloille. Hajoava ydin, väliydin ja tytärydin muodostavat niinsanotun kaksoisbeetahajoamistripletin. Yksi keino kehittää triplettiin liittyvän ydinrakenteen kuvausta on hienosäätää ydinmallin parametreja hyödyntämällä saatavilla olevaa tietoa olennaisista mitatuista prosesseista. Tätä ajatellen voidaan tutkia vastaavanlaisia prosesseja, joista on olemassa kokeellista tietoa tai joita mitataan parhaillaan tai tullaan mittaamaan tulevaisuudessa. Tässä väitöskirjassa esitetään, että 0νββ -hajoamista voidaan ennustaa tutkimalla varauksenvaihtoreaktioiden ja myonisieppauksen voimakkuusjakaumia kaksoisbeetahajoamistripleteissä. Tutkimalla näitä ydinprosesseja pystytään paitsi tutkimaan kaksoisbeetahajoamisen välitiloja, mutta lopulta myös valottamaan kiisteltyjä heikon vuorovaikutuksen kytkentävakioiden efektiivisiä arvoja laajoissa viritysenergia- ja liikemääränvaihtoalueissa, jotka ovat olennaisia 0νββ -hajoamiselle. Kaikki tässä väitöskirjassa esitetyt laskut on tehty pnQRPA (engl. protonneutron quasiparticle random-phase approximation) -mallin avulla. Sen ansiosta laskuissa voidaan käyttää suuria yksihiukkaskantoja, joissa kaikki orbitaalit ovat aktiivisia ja jotka sisältävät kaikki tarpeelliset spin-rata -pariorbitaalit, mikä mahdollistaa laskujen ulottamisen laajoille viritysenergia-alueille. Koska pnQRPA on osoittautunut kykeneväksi kuvaamaan ytimien tilojen jakaumien yleisiä ominaisuuksia, on se erinomainen työkalu kaksoisbeetahajoamisen, varauksenvaihtoreaktioiden ja myonisieppauksen yhtäaikaiseen yhteneväiseen kuvaamiseen. Väitöskirja koostuu viidestä artikkelista sekä yhteenvedosta. Artikkeleissa [I, II] käsitellään 0νββ -hajoamisen matriisielementtien tutkimista isovektorispin- multipoli -siirtymien avulla tärkeimmissä kaksoisbeetahajoamistripleteissä, ja artikkeleissa [III, IV, V] käsitellään 0νββ -hajoamisen ennustamista monin eri tavoin myonisieppauksen avulla. Yhteenveto-osiossa väitöskirjassa tehty tutkimus kytketään laajempaan heikon vuorovaikutuksen prosessien tutkimusalaan, sekä kaikkien viiden artikkelin laskujen teoreettinen muotoilu ja tulokset liitetään yhteen.

YSO-asiasanat: hiukkasfysiikka; ydinfysiikka; hiukkasfysiikan standardimalli; neutriinot

Liittyvät organisaatiot

Hankkeet, joissa julkaisu on tehty

OKM-raportointi: Kyllä

Raportointivuosi: 2020