Haluatko tietää lisää tutkimuksestamme? Tutustu tutkimuksemme kohokohtiin sekä osastomme kollokviosarjaan, joka käsittelee fysiikan eri osa-alueilla tehtävää tutkimustamme.
Avaruuden ja maailmankaikkeuden tutkimuksessa keskeisinä aiheinamme ovat kokeellinen ja teoreettinen hiukkasfysiikka, teoreettinen ja havaitseva kosmologia, astrofysiikka, aurinkokunnan fysiikka sekä avaruusfysiikka. Teemme huomattavan paljon yhteistyötä Fysiikan tutkimuslaitoksen (Helsinki Institute of Physics, HIP) kanssa teoreettisen fysiikan ja hiukkasfysiikan ohjelmissa.
Ryhmämme käyttää laskennallisia menetelmiä suurenergiafysiikkaan ja varhaiseen maailmankaikkeuteen liittyvien kysymyksien ratkaisemiseen. Eräs tutkimuksen kohdealue on gravitaatioaaltojen käyttäminen varhaisten maailmankaikkeuden faasitransitioiden tutkimukseen. Olemme mukana avaruuteen sijoitettavan gravitaatioaaltojen ilmaisinprojektissa LISA (Laser Interferometer Space Antenna).
We apply the machinery of perturbative thermal field theory and holography to the study of elementary particle matter in its most extreme limits. Among other topics, our interest lies in the first-principles description of the interiors and surroundings of neutron stars, phase transitions in the early Universe, and the role of entanglement in gauge theories.
Havaitsevan kosmologian tutkimusryhmä osallistuu Euroopan avaruusjärjestön Euclid-missioon pimeän energian mysteerin ratkaisemiseksi.
Tutkimme hiukkasfysiikan ja kosmologian peruskysymyksiä. Tutkimme pimeän aineen ominaisuuksia, varhaisen maailmankaikkeuden dynamiikkaa, ja kuinka faasitransitiot vaikuttavat kosmiseen historiaan. Selvitämme polkua mikroskooppisesta fysiikasta maailmankaikkeuden mittakaavaan teoreettisen kvanttikenttäteorian, mallintamisen ja efektiivisen kenttäteorian avulla.
Planeettakunnan tutkimus sisältää teoreettista, laskennallista, kokeellista ja havaitsevaa tutkimusta aurinkokunnan kohteista, kuten asteroideista, komeetoista, planeetoista ja niiden kuista sekä ilmakehistä. Tutkimuksella on läheiset yhteydet geofysiikkaan, geologiaan, avaruusfysiikkaan ja meteorologiaan. Helsingin yliopistolla tehtävät analyysit antavat tietoa kohteiden dynaamisesta evoluutiosta ja fysikaalisista ominaisuuksista kuten koostumuksesta. Tutkimustuloksilla on suoria yhteyksiä planeetamme puolustukseen sekä avaruudesta saatavien raaka-aineiden hyödyntämiseen.
Plasma-astrofysiikan tutkimusryhmä tutkii neutronitähtiä ja mustia aukkoja ympäröivän plasman fysiikkaa. Käytämme teoreettisia ja laskennallisia menetelmiä maailmankaikkeuden kaikkein äärimmäisimpien suurenergisen astrofysiikan ilmiöiden selvittämiseen. Tärkeimpiä tutkimuskohteita ovat muun muassa mustia aukkoja ja neutronitähtiä ympäröivät kertymävirtaukset; nopeat radiopurskeet ja niiden vuorovaikutus plasman kanssa; neutronitähtien magnetosfäärien plasman säteilyfysiikka; plasman turbulenssi-ilmiöt; törmäyksettömät paineaallot; kvanttielektrodynaamiset ilmiöt magnetoituneessa plasmassa; hiukkas-solu -simulaatioiden ja muiden plasmasimulaatioiden numeriikka
Avaruusplasmafysiikan tutkimusryhmä tutkii aurinko-maa -järjestelmän fysiikkaa ja avaruussääilmiöitä käyttäen useita eri menetelmiä. Kehitämme maailman johtavaa auringon koronan, heliosfäärin ja magnetosfäärin simulaatioita, sekä käytämme ESA:n ja NASA:n satelliittien ja maanpäällisten observatorioiden havaintoja. Tutkimme:
Aurinkoplasmafysiikan tutkimusryhmä tutkii auringon magneettista aktiivisuutta ja sen suhdetta eksoplaneettoihin. Näitä havaintoja käytetään auringonkaltaisten tähtien magneettisen aktiivisuuden, ja erityisesti Auringon aktiivisuuden parempaan ymmärtämiseen. Tutkimme myös tähden aktivisuuden vaikutusta sen eksoplaneettojen havaittavuuteen ja niiden avaruussäähän. Käytämme pääasiassa optisia satelliitti- ja maanpäällisiä havaintoja sekä numeerisia inversio- ja Markovin ketju –Monte-Carlo -menetelmiä.
Teoreettisen ekstragalaktisen tutkimusryhmän tutkimus keskittyy siihen, kuinka galaksit ovat muodostuneet ja kehittyneet niiksi galaksijoukoiksi, joita havaitsemme nykyisessä maailmankaikkeudessa. Lisäksi tutkimme supermassiivisten mustien aukkojen ja tähtijoukkojen muodostumista ja kehittymistä. Käytämme pääasiassa teoreettisia ja laskennallisia menetelmiä, kuten numeerisia N:n kappaleen sekä tasoitetun hiukkashydrodynamiikan simulaatioita, mutta olemme vahvasti yhteistyössä myös havaitsevaa työtä tekevien tutkimusryhmien kanssa.
Teknologian ja materiaalien tutkimuksemme tähtää innovaatioihin joita voi hyödyntää kestävän tulevaisuuden rakentamisessa. Tutkimuksemme avaa myös uusia mahdollisuuksia yhteiskunnan kehittämiseen niin koulutuksessa, terveydenhuollossa kuin teollisuudessakin. Pidämme myös tärkeänä tiedon saavutettavuutta, jotta se olisi laajemman yleisön ymmärrettävissä ja sovellettavissa eri elämänalueilla.
Didaktinen fysiikka keskittyy fysiikan oppimisen ja opettamisen tutkimukseen ottaen huomioon itse fysiikan tiedon ominaispiirteet.
Kun fysiikkaa opetetaan ja opitaan, haasteena on, että fysiikan alan tieto on kompleksista, rakenteellisesti järjestynyttä ja käyttää edistyneitä matemaattisia esitystapoja ja malleja. Oppiva yksilö aloittaa kuitenkin omista henkilökohtaisista lähtökohdistaan ja omista alaa koskevista tiedoistaan. Jotta oppija pysyy motivoituneena, henkilökohtaisten lähtökohtien pitäisi toimia oppimisen pohjana, kun taas tavoitteena on täsmällinen tieteellinen tieto.
Didaktisen fysiikan tutkimuksen lähestymistapa on monitieteellinen. Se perustuu toisaalta fysiikan ja sen menetelmien syvälliseen ymmärtämiseen, huomioiden tieteen historian ja filosofian. Tässä suhteessa didaktinen fysiikka on lähellä fysiikan opetuksen tutkimusta. Mutta didaktinen fysiikka tutkii myös kompleksisen tieteellisen tiedon oppimista kognitiivisen tieteen, oppimispsykologian ja oppimisen sosiokognitiivisen näkökohtia yhdistämällä.
Electronic Research Laboratory (Elektroniikan tutkimuslaboratorio) on erikoistunut elektronisten ja automatisoitujen mittausmenetelmien kehittämiseen ja hyödyntämiseen. Laboratorion tutkimus keskittyy erityisesti teollisuuskäyttöön soveltuvien tekniikoiden kehittämiseen. Meiltä löytyy erityisosaamista ultrasoniikassa, elektroniikassa, optiikassa, metamateriaaleissa, FEM-laskennassa sekä teollisessa tutkimus- ja kehitystoiminnassa.
HelTeq keskittyy kvanttitieteen moniin eri aiheisiin, avoimista kvanttijärjestelmistä ja termodynamiikasta kvanttigravitaatioon, kvanttilaskentaan ja algoritmeihin. Vaikka vältämme tutkimusalojen tarkkaa rajaamista, tutkimuksessamme korostuvat neljä pääasiallista tutkimussuuntausta: avoimet kvanttijärjestelmät ja termodynamiikka, kvanttimittaukset ja gravitaatio, kvanttialgoritmit ja kvanttisimulaatio sekä kvanttitieteen ja -teknologian koulutus ja tiedotus.
Materiaalifysiikan tutkijamme tutkivat materiaaleja kovametalleista orgaanisiin materiaaleihin. Teemme tutkimusta tiiviissä yhteistyössä suurten kansainvälisten tiedeprojektien kanssa. Yhteistyökumppaneitamme ovat esimerkiksi ITER, CERN ja ESRF. Myös yhteistyömme yliopistosairaaloiden ja yksityisyritysten kanssa on tiivistä.
The Helsinki Accelerator Laboratory (Kiihdytinlaboratorio) on erikoistunut kokeelliseen ja laskennalliseen materiaalifysiikkaan. Tutkimme erityisesti materiaaleja, jotka ovat oleellisia tehoelektroniikassa, mikro- ja optoelektroniikassa, sekä materiaaleja energia- ja vetytalouteen, fuusioteknologiaan, sekä hiukkasilmaisimien ja -kiihdyttimien teknologiaan. Luomme uusia materiaaleja fysikaalisilla pintakasvatusmenetelmillä, ja voimme muokata materiaaleja monipuolisilla ionisuihkuilla. Tutkimme materiaalien ominaisuuksia "in situ" ja "ex situ" monilla eri ionisuihkuihin perustuvilla karakterisointimenetelmillä, positroniannihilaatiospektroskopialla, sekä pinta-analyysimenetelmillä. Materiaalien mallintamisessa käytämme maailman edistyneimpiä laskennallisia menetelmiä, sekä kehitämme ja käytämme koneoppimiseen perustuvia monen mittakaavan mallinnusmenetelmiä.
Biologisen ja pehmeän aineen fysiikka keskittyy biologisesti merkityksellisen pehmeän aineen teoriaan ja simulointiin, integroituna kokeelliseen tutkimukseen. Tavoitteena on hyödyntää laskennallista tutkimusta terveyden edistämiseksi. Toiminta on osa Suomen akatemian rahoittamaa osaamiskeskusta.
X-ray Laboratory (Röntgenlaboratorio) -tutkimuryhmä on erikoistunut materiaalitutkimukseen käyttäen röntgensäteilyä. Hyödynnämme myös synkrotroneja ja vapaaelektronilasereita. Käytämme ja kehitämme monia uusia röntgensironta-, kuvantamis- ja spektroskopiamenetelmiä. Laboratorion monipuolinen tutkimusinfrastruktuuri mahdollistaa erittäin tarkan materiaalien kuvantamisen ja analyysin monessa mittakaavassa, atomi- ja nanoskaalasta suuriinkin kohteisiin mikrometriluokan erottelukyvyllä.