Aurinkotuulen dynaamisen paineen muutosten vaikutus ionosfäärin dynamiikkaan

Monissa viimeaikaisissa tutkimuksissa on tutkittu aurinkotuulen dynaamisen paineen vaikutusta revontulialueen hiukkaspresipitaatioon. Tutkimukset ovat kuitenkin perustuneet muutamaan yksittäiseen tapaukseen ja laskevan dynaamisen paineen vaikutuksia ei juuri ole tarkasteltu. Tämän opinnäytetyön tavoitteena oli selvittää suuremmasta statistiikasta aurinkotuulen dynaamisen paineen nousujen ja laskujen vaikutusta ionosfäärin dynamiikkaan. Paineen muutoksia etsittiin ACE:n mittausdatasta vuosilta 1998 2004 ja ionosfäärin vastetta näihin muutoksiin tutkittiin käyttäen IMAGE-magnetometriverkon tuottamaa magneettisen aktiivisuuden indeksiä (IE-indeksi). Tutkimuksen kohteeksi valittiin 286 painepulssia, joita edelsi ja seurasi tasaisen paineen jakso, sekä 171 vastaavaa paineen laskua (negatiivista painepulssia). Näiden paineen muutosten ionosfäärivastetta tutkittaessa käytettiin tilastollista superposed epoch -menetelmää. Tutkimuksen tulokseksi saatiin selvä positiivinen korrelaatio IE-indeksin ja aurinkotuulen dynaamisen paineen välillä. Korrelaatio on vähemmän selkeää paineen laskujen kuin nousujen yhteydessä. Tälle on useita mahdollisia selityksia: Tutkimusaineisto paineen laskuista oli suppeampi. Toisin kuin painepulsseihin, paineen laskuihin ei liittynyt aurinkotuulen nopeuden muutosta. Lisäksi IMF:n magnitudi kasvoi lähes kaikkien paineen laskujen aikana, joten magnitudin ja IE:n välinen positiivinen korrelaatio voisi peittää paineen laskun vaikutusta. Eteläisen IMF:n painepulssien aikana IE:n muutokset aiheutuivat enimmäkseen läntisen elektrojetin vahvistumisesta ja pohjoisen IMF:n aikana havaitut IE:n muutokset liittyivät enemmän itäiseen elektrojettiin. Aurinkotuulen dynaamisen paineen ja elektrojettien korrelaation selitykseksi tarjotaan ionosfääriin saapuvien kentänsuuntaisten virtojen välityksellä tapahtuvaa kytkentää aurinkotuuleen. IMF:n z-komponentin suunnalla oli odotetun merkittävä vaikutus IE:n yleiseen tasoon, mutta IE:n korrelaatio paineen muutosten kanssa oli samaa tasoa z-komponentin etumerkistä riippumatta. Myös IMF:n y-komponentti osoittautui merkittäväksi pohjoisen IMF:n aikana, sillä tällöin IE:n yleinen taso oli korkeampi ja paineen muutosten vaikutus paljon selkeämpi IMF:n y-komponentin ollessa positiivinen kuin negatiivinen.

Mittauslaitteiston suunnittelu piidiodien vuotovirtamittauksiin matalissa lämpötiloissa

Tässä työssä on suunniteltu mittauslaitteisto ja toteutettu diodien vuotovirtamittaukset matalissa lämpötiloissa. Suunnittelun pääpaino oli tuottaa mittauslaitteisto, joka kestäisi mittausolosuhteitten matalan lämpötilan (80 K) ja toisaalta myös lämpötilavaihtelut huoneen lämpötilasta mataliin lämpötiloihin. Lisäksi mittauslaitteiston oli kestettävä myös tutkimusprojektin myöhemmissä vaiheissa mukaan tulevaa protonisäteilytystä, mikä asetti omat valintaperusteensa materiaaleille. Mittauslaitteiston kohinaa pyrittiin vaimentamaan kontaktipintojen kultapinnoitteilla ja kiinnittämällä huomiota virtajohtimien eristyksiin. Työssä mitattiin erilailla prosessoitujen piidiodien vuotovirtoja eri lämpötiloissa. Mitatut diodit olivat sekä etukäteen säteilytettyjä että säteilyttämättömiä ja työn yhtenä päämääränä oli verrata säteilytyksen vaikutuksia vuotovirran lämpötilakorrelaatioon. Diodien piimateriaaleja oli valmistettu magneettisella Czochralski-menetelmällä sekä Float Zone-menetelmällä, lisäksi osaa diodeista oli muokattu erilaisilla lämpökäsittelyillä parempien säteilynkesto-ominaisuuksien aikaansaamiseksi. Mittauksissa diodin lämpötila laskettiin jäähdytyslaitteistolla systeemin minimilämpötilaan ja diodin ominaiskäyrä mitattiin välillä 0-450 V. Lämpötilaa nostettiin asteittain ja ominaiskäyrät mitattiin määrätyissä lämpötiloissa, minkä jälkeen tuloksia verrattiin teoreettisiin arvioihin vuotovirran lämpötilakäyttäytymisestä. Tulosten perusteella voidaan todeta teoreettisten arvojen vastaavan kokeellisia, mittauslaitteiston erottelukyvyn kynnykselle asti (10-11A), mutta tämän jälkeen mahdollinen lämpötilan laskun aiheuttama virranlasku hukkuu mittalaitteiston kohinan sekaan. Säteilytettyjen diodien kohdalla lämpötilan laskeminen madalsi vuotovirtaa 6 dekadia huoneenlämmöstä 190 K lämpötilaan, kunnes mittauskynnys ylittyi. Säteilyttämättömillä diodeilla vuotovirta oli jo huoneenlämpötilassa erittäin pientä ja lämpötilan laskiessa minimiarvoonsa vuotovirta pieneni n. 2 dekadia, kunnes mittalaitteiston mittatarkkuus tuli vastaan.

Multiangular Spectrometry and Optical Properties of Debris Covered Surfaces

Due to the recent development in CCD technology aerial photography is now slowly changing from film to digital cameras. This new aspect in remote sensing allows and requires also new automated analysis methods. Basic research on reflectance properties of natural targets is needed so that computerized processes could be fully utilized. For this reason an instrument was developed at Finnish Geodetic Institute for measurement of multiangular reflectance of small remote sensing targets e.g. forest understorey or asphalt. Finnish Geodetic Institute Field Goniospectrometer (FiGIFiGo) is a portable device that is operated by 1 or 2 persons. It can be reassembled to a new location in 15 minutes and after that a target's multiangular reflectance can be measured in 10 - 30 minutes (with one illumination angle). FiGIFiGo has effective spectral range approximately from 400 nm to 2000 nm. The measurements can be made either outside with sunlight or in laboratory with 1000 W QTH light source. In this thesis FiGIFiGo is introduced and the theoretical basis of such reflectance measurements are discussed. A new method is introduced for extraction of subcomponent proportions from reflectance of a mixture sample, e.g. for retrieving proportion of lingonberry's reflectance in observation of lingonberry-lichen sample. This method was tested by conducting a series of measurements on reflectance properties of artificial samples. The component separation method yielded sound results and brought up interesting aspects in targets' reflectances. The method and the results still need to be verified with further studies, but the preliminary results imply that this method could be a valuable tool in analysis of such mixture samples.

Technicolor

In technicolor theories the scalar sector of the Standard Model is replaced by a strongly interacting sector. Although the Standard Model has been exceptionally successful, the scalar sector causes theoretical problems that make these theories seem an attractive alternative. I begin my thesis by considering QCD, which is the known example of strong interactions. The theory exhibits two phenomena: confinement and chiral symmetry breaking. I find the low-energy dynamics to be similar to that of the sigma models. Then I analyze the problems of the Standard Model Higgs sector, mainly the unnaturalness and triviality. Motivated by the example of QCD, I introduce the minimal technicolor model to resolve these problems. I demonstrate the minimal model to be free of anomalies and then deduce the main elements of its low-energy particle spectrum. I find the particle spectrum contains massless or very light technipions, and also technibaryons and techni-vector mesons with a high mass of over 1 TeV. Standard Model fermions remain strictly massless at this stage. Thus I introduce the technicolor companion theory of flavor, called extended technicolor. I show that the Standard Model fermions and technihadrons receive masses, but that they remain too light. I also discuss flavor-changing neutral currents and precision electroweak measurements. I then show that walking technicolor models partly solve these problems. In these models, contrary to QCD, the coupling evolves slowly over a large energy scale. This behavior adds to the masses so that even the light technihadrons are too heavy to be detected at current particle accelerators. Also all observed masses of the Standard Model particles can be generated, except for the bottom and top quarks. Thus it is shown in this thesis that, excluding the masses of third generation quarks, theories based on walking technicolor can in principle produce the observed particle spectrum.

Noncommutativity and Some of Its Present-Day Developments

This masters thesis explores some of the most recent developments in noncommutative quantum field theory. This old theme, first suggested by Heisenberg in the late 1940s, has had a renaissance during the last decade due to the firmly held belief that space-time becomes noncommutative at small distances and also due to the discovery that string theory in a background field gives rise to noncommutative field theory as an effective low energy limit. This has led to interesting attempts to create a noncommutative standard model, a noncommutative minimal supersymmetric standard model, noncommutative gravity theories etc. This thesis reviews themes and problems like those of UV/IR mixing, charge quantization, how to deal with the non-commutative symmetries, how to solve the Seiberg-Witten map, its connection to fluid mechanics and the problem of constructing general coordinate transformations to obtain a theory of noncommutative gravity. An emphasis has been put on presenting both the group theoretical results and the string theoretical ones, so that a comparison of the two can be made.

Tietokonetomografialaitteen annosmittauksissa käytettävän ionisaatiokammion kalibrointi

Tietokonetomografiatutkimusten (TT-tutkimusten) määrä on kasvussa, ja niistä aiheutuu merkittävä osa röntgentutkimusten väestölle aiheuttamasta kollektiivisesta annoksesta. Jotta potilaan saama säteilyannos voitaisiin määrittää tarkasti, luotettavasti ja vertailukelpoisesti, mittalaitteet on kalibroitava kansainväliseen mittausjärjestelmään jäljittyvällä tavalla käyttä-en sovittuja standardisäteilylaatuja. TT-laitteen annosmittauksissa käytetään erityisiä pitkiä sylinterin mallisia ionisaatiokammiota (TT-kammio eli DLP-kammio), joilla mitataan ilma-kerman ja pituuden tuloa. TT-kammioidenkalibrointiin ei ole ollut vakiintunutta menettelyä Säteilyturvakeskuksessa (STUK) eikä yleisesti hyväksyttyä kansainvälistä ohjetta. STUK osallistuu Kansainvälisen atomienergiajärjestön IAEA:n ohjeluonnoksen (2005) koekäyttöön. Tässä työssä oli tarkoitus testata ohjeessa esitettyä TT-kammioiden kalibrointimenetelmää sekä aikaisemmin julkaistuja menetelmiä, kehittää niiden pohjalta STUKille oma kalibrointikäytäntö ja testata sen toimintaa. Työssä tarkasteltiin erilaisia kalibrointimenetelmiä ja TT-kammion toimintaa. Mittausten perusteella päädyttiin menettelyyn, jossa kalibrointi suoritetaan mittaamalla TT-kammion vastetta kolmella erilevyisellä säteilykeilan lisärajoittimen aukolla. Kammion vasteen tasai-suutta voidaan lisäksi tutkia 1 cm:n levyisellä aukolla. Kalibrointikerroin saadaan vertaamal-la kalibroitavalla TT-kammiolla mitattuja tuloksia vertailumittarilla (mittanormaalilla) saa-tuihin tuloksiin. TT-kammion kalibroinnissa vertailumittari on sylinteri-ionisaatiokammio. Jos halutaan arvioida kalibroitavan TT-kammion efektiivistä pituutta, on kammion kalib-rointikerroin laskettava myös TT-kammiolla avokentässä tehtyjen mittausten perusteella. Työssä esitellyllä menetelmällä saadun kalibrointikertoimen kokonaisepävarmuus on 2,4 %. TT-laitteen annosmittaustilanteessa yksinkertaisinta on arvioida sopiva kalibrointikerroin pelkän putkijännitteen avulla, joka nostaa kalibrointikertoimesta tulokseen aiheutuvat kokonaisepävarmuuden 4,7 prosenttiin, sillä kalibrointikerroin riippuu sekä röntgenputken jännitteestä että säteilyn suodatuksesta.

A Critical Assesment of Occluded Fronts

The aim of this work was the assessment about the structure and use of the conceptual model of occlusion in operational weather forecasting. In the beginning a survey has been made about the conceptual model of occlusion as introduced to operational forecasters in the Finnish Meteorological Institute (FMI). In the same context an overview has been performed about the use of the conceptual model in modern operational weather forecasting, especially in connection with the widespread use of numerical forecasts. In order to evaluate the features of the occlusions in operational weather forecasting, all the occlusion processes occurring during year 2003 over Europe and Northern Atlantic area have been investigated using the conceptual model of occlusion and the methods suggested in the FMI. The investigation has yielded a classification of the occluded cyclones on the basis of the extent the conceptual model has fitted the description of the observed thermal structure. The seasonal and geographical distribution of the classes has been inspected. Some relevant cases belonging to different classes have been collected and analyzed in detail: in this deeper investigation tools and techniques, which are not routinely used in operational weather forecasting, have been adopted. Both the statistical investigation of the occluded cyclones during year 2003 and the case studies have revealed that the traditional classification of the types of the occlusion on the basis of the thermal structure doesn t take into account the bigger variety of occlusion structures which can be observed. Moreover the conceptual model of occlusion has turned out to be often inadequate in describing well developed cyclones. A deep and constructive revision of the conceptual model of occlusion is therefore suggested in light of the result obtained in this work. The revision should take into account both the progresses which are being made in building a theoretical footing for the occlusion process and the recent tools and meteorological quantities which are nowadays available.

The Spin-Statistics Relation and Noncommutative Quantum Field Theory

The efforts of combining quantum theory with general relativity have been great and marked by several successes. One field where progress has lately been made is the study of noncommutative quantum field theories that arise as a low energy limit in certain string theories. The idea of noncommutativity comes naturally when combining these two extremes and has profound implications on results widely accepted in traditional, commutative, theories. In this work I review the status of one of the most important connections in physics, the spin-statistics relation. The relation is deeply ingrained in our reality in that it gives us the structure for the periodic table and is of crucial importance for the stability of all matter. The dramatic effects of noncommutativity of space-time coordinates, mainly the loss of Lorentz invariance, call the spin-statistics relation into question. The spin-statistics theorem is first presented in its traditional setting, giving a clarifying proof starting from minimal requirements. Next the notion of noncommutativity is introduced and its implications studied. The discussion is essentially based on twisted Poincaré symmetry, the space-time symmetry of noncommutative quantum field theory. The controversial issue of microcausality in noncommutative quantum field theory is settled by showing for the first time that the light wedge microcausality condition is compatible with the twisted Poincaré symmetry. The spin-statistics relation is considered both from the point of view of braided statistics, and in the traditional Lagrangian formulation of Pauli, with the conclusion that Pauli's age-old theorem stands even this test so dramatic for the whole structure of space-time.