Läs mer om ett urval av höjdpunkterna i forskningen vid avdelningen.
Vi också organiserar en kollokviumserie om fysikens olika områden för att ge fysiker möjlighet att bredda sina kunskaper i ämnet.
Vår forskning om materia, rymden och universum utmärker sig inom experimentell och teoretisk partikelfysik, teoretisk och observationell kosmologi, astrofysik, solsystemets fysik samt rymdfysik. Forskningssamarbetet med teoretiska och partikelfysik-programmen vid forskningsinstitutet för fysik (Helsinki Institute of Physics, HIP) är särskilt omfattande.
Vår forskningsgrupp utnyttjar beräkningsmetoder för att utforska öppna frågor inom högenergifysik och universums tidigaste utveckling. En väsentlig forskningsinriktning behandlar användningen av gravitationsvågor för att undersöka fysiken bakom primordiala fasövergångar. Vi är en del av den framtida rymdbaserade gravitationsvågsmissionen LISA (Laser Interferometer Space Antenna).
Vi tillämpar verktygen inom perturbativ termisk fältteori samt holografi för att utforska elementarpartikelmateria i dess mest extrema förhållanden. Bland andra ämnen ligger vårt intresse i neutronstjärnors inre och magnetosfärer, fasövergångar i tidiga universum samt kvantsammanflätningens roll i gaugeteorier.
Den observationella kosmologigruppen deltar i Europeiska rymdorganisationens Euclid-mission för att reda ut mysteriet om mörka energin.
Vi utforskar grundläggande frågor inom partikelfysik och kosmologi. Vi studerar mörka materiens natur, tidiga universums dynamik samt hur fasövergångar formar den kosmiska utvecklingen. Med hjälp av teoretiska metoder inom kvantfältteori, modellbyggande och effektiv fältteori strävar vi efter att klarlägga vägen från mikroskopisk fysik till universums största skalor.
Solsystemets forskning omfattar teoretisk, beräkningsbaserad, experimentell och observationell forskning om himlakroppar i solsystemet, såsom asteroider, kometer och planeter samt deras satelliter och atmosfärer. Forskningen är nära kopplad till geofysik, geologi och rymdfysik samt meteorologi. Analyserna som genomförs vid Helsingfors universitet informerar om objektens dynamiska utveckling och fysikaliska egenskaper inklusive sammansättning. Forskningsresultaten har direkta tillämpningar för vår planets försvar samt utnyttjande av rymdens resurser.
Forskningsgruppen inom plasmaastrofysik undersöker den extrema fysiken av kosmiska plasmor som omger neutronstjärnor och svarta hål. Vi använder både teoretiska och beräkningsmässiga metoder för att utforska högenergiska astrofysikfenomen runt universums mest extrema objekt.
De huvudsakliga forskningsämnena inkluderar: Ackretionsflöden runt svarta hål och neutronstjärnor; snabba radioutbrott och deras plasmadynamik; strålningsplasmafysik i neutronstjärnors magnetosfärer; plasmaturbulens; kollisionsfria chockvågor; kvantelektrodynamiska processer i magnetiserade plasmor; numerik i partikel-i-cell och andra plasmasimuleringsmetoder.
Forskningsgruppen inom rymdplasmafysik studerar sol-jordsystemets fysik och rymdväderfenomen med hjälp av en mängd olika metoder. Vi utvecklar världsledande koronala, heliosfäriska och magnetosfäriska simuleringar och använder observationer från flera ESA- och NASA-rymdfarkoster, samt markbaserade observatorier. Vi studerar
Forskningsgruppen inom stjärnastrofysik fokuserar på observationer av stjärnmagnetisk aktivitet och dess relation till exoplaneter. Målet är att använda dessa observationer för att uppnå en bättre förståelse av den magnetiska aktiviteten hos solliknande stjärnor och särskilt solens aktivitet. Vi undersöker också inverkan av en stjärnas aktivitet på exoplaneters detekterbarhet och rymdklimat. Vi använder huvudsakligen optiska mark- och satellitbaserade observationer samt toppmoderna numeriska inversionsmetoder och Markov Chain Monte Carlo (MCMC) metoder.
Gruppen för teoretisk extragalaktisk forskning fokuserar på att förstå hur galaxer har bildats och utvecklats till den galaxpopulation som vi observerar i dagens universum. Dessutom studerar vi bildandet och utvecklingen av supermassiva svarta hål och stjärnhopar. Vi använder främst teoretiska och beräkningsmässiga metoder, såsom numeriska N-kropps- och utjämnade partikelhydrodynamiska simuleringar, men samarbetar också i stor utsträckning med observationsforskningsgrupper.
De huvudsakliga forskningsämnena inkluderar supermassiva svarta håls dynamik, sammanslagningar, bildning och utveckling, massiva tidiga galaxers bildning och utveckling, den lokala gruppen av galaxers bildning och utveckling, den storskaliga strukturen i det lokala universumet, stjärnhopars dynamik och bildning, samt numeriska N-kropps- och utjämnade partikelhydrodynamiska simuleringar inom beräkningsastrofysik.
Vår forskning om nya tekniker och innovationer banar väg för nya tekniker och material som driver innovation för en motståndskraftig och hållbar framtid. Genom att koppla samman vetenskap med utbildning och samhälle, inklusive hälso- och sjukvård och industri, främjar våra forskare allmänhetens engagemang och ger nästa generation möjlighet att flytta fram kunskapens gränser.
Didaktisk fysik fokuserar på att analysera lärande och undervisning i fysik med hänsyn till egenskaperna hos själva fysikkunskapen.
En stor utmaning i undervisning och lärande i fysik är att fysikkunskap är komplex, strukturellt organiserad, och använder avancerade matematiska representationer och modeller. Ändå utgår den enskilda eleven från sina personliga uppfattningar och sin egen förståelse av målkunskapen. För att hålla eleven motiverad bör personliga uppfattningar fungera som grund för lärandet, men målet är vetenskaplig kunskap.
Forskningsmetoden inom didaktisk fysik är tvärvetenskaplig. Den är å ena sidan förankrad i en djupgående förståelse av fysik och dess metoder, informerad av historia och vetenskapsfilosofi. Här gränsar didaktisk fysik till fysikpedagogisk forskning. Å andra sidan utforskar didaktisk fysik lärande av komplex vetenskaplig kunskap genom att kombinera kognitiv vetenskap, inlärningspsykologi och socio-kognitiva aspekter av lärande.
Electronics Research Laboratory (Elektronikforskningslaboratoriet) är specialiserat på utveckling och implementering av elektroniska och datoriserade mättekniker. Laboratoriets forskning fokuserar särskilt på utveckling av tekniker lämpliga för industriellt bruk. Vi är experter inom ultraljud, elektronik, optik, metamaterial, finita elementmodellering samt industriell forskning och utveckling.
Vi fokuserar på ett brett spektrum av ämnen inom kvantvetenskap, allt från öppna kvantsystem och termodynamik till kvantgravitation, kvantberäkning och algoritmer. Även om vi gillar att hålla gränserna öppna och undvika att avgränsa forskningsområden i vår grupp, kan vi identifiera fyra huvudsakliga forskningslinjer: Öppna kvantsystem och termodynamik, kvantmätningar och gravitation, kvantalgoritmer och kvantsimulering, samt utbildning och utåtriktad verksamhet inom kvantvetenskap och teknologi.
Materialfysik studerar alla typer av material, från hårda metaller till organiska material. Vi bedriver forskning i nära samarbete med stora internationella vetenskapliga projekt, såsom ITER, CERN och ESRF, samt med universitetssjukhus och privata företag.
Helsinki Accelator Laboratory (Helsingfors Acceleratorlaboratorium) specialiserar sig på experimentell och beräkningsmässig materialfysik. De undersökta materialen är viktiga för kraftelektronik, mikro- och optoelektronik, energi, vätgasekonomi, fusionsteknik, partikeldetektorer och partikelacceleratortekniker. Material syntetiseras via fysisk ångdeponering samt modifieras med jonstrålar över ett brett energiområde. Egenskaper studeras genom att tillämpa – både in situ och ex situ – olika jonstrålbaserade karakteriseringstekniker, positronannihilationsspektroskopi och ytanalysmetoder. Materialmodellering använder avancerade beräkningstekniker, med fokus på att utveckla och tillämpa maskininlärningsbaserade flerskaliga metoder.
Fysik av biologiskt och mjukt material fokuserar på teori och simulering av biologiskt relevant mjukt material, integrerat med experimentell forskning. Målet är att använda datorbaserad forskning för att främja hälsa. Verksamheten ingår i ett kompetenscentrum som tilldelats av Finlands akademi.
X-ray Laboratory (Röntgenlaboratoriet) specialiserar sig på studier av material med hjälp av röntgenstrålar, synkrotroner och röntgenfrielektronlasrar. Vi använder och utvecklar olika sofistikerade verktyg för röntgenspridning, avbildning och spektroskopi. Laboratoriets mångsidiga forskningsinfrastruktur möjliggör extremt exakt avbildning och analys av materialstrukturer på flera längdskalor på ett icke-destruktivt sätt, från atom- och nanoskala till makroskopiskt stora objekt med mikrometerupplösning.