Nya professorer 2021

Den 19 november 2021 installerades sex nya professorer från institutionen för fysik och astronomi. Totalt installerades 85 nya professorer vid Uppsala universitet 2021.

Läs mer om professorsinstallationen

Forskningspresentation

Jag forskar om materiens fundamentala beståndsdelar och hur de växelverkar med varandra. Det är fascinerande att vi med ett begränsat antal partiklar och lagar kan beskriva den fysiska värld vi lever i, och att denna teori har bekräftats med tusentals mätningar av subatomära processer. Trots dessa framgångar finns det flera indikatorer på att vår nuvarande beskrivning behöver kompletteras med nya fundamentala fysiska lagar eller partiklar, vilket är en stark motivation för vår forskning.

Jag studerar fenomen som förutsägs av vår nuvarande teori, till exempel letar jag efter nya partiklar och mäter deras egenskaper, för att bättre förstå hur dessa fungerar. Jag gör också precisionsmätningar som sedan jämförs med förutsägelser, antingen för att bestämma värden på parametrar i teorin eller eventuellt för att hitta avvikelser som ger en indikation på hur den kan utvidgas och förbättras. Dessa mätningar görs med partikelfysikexperiment vid internationella laboratorier som till exempel CERN i Genève.

Experimenten jag arbetar på producerar stora mängder data som jag och mina kollegor analyserar. Jag utvecklar också partikeldetektorer och detektorsystem, framför allt i kiselteknologi, som används i experimenten men också inom andra vetenskapsområden. På sikt finns också tillämpningar av den teknologi vi utvecklar inom flera andra områden. Så min forskning spänner från abstrakta subatomära fenomen till det mer praktiska i att bygga experiment.

Forskningspresentation

Min forskning handlar om massans ursprung i den subatomära världen. Den beskrivs av en teori som kallas för Standardmodellen, där elementarpartiklar växelverkar med ett universellt så kallat Higgsfält, vilket genomsyrar vakuum. Därmed utsätts de för en tröghet och hindras att nå ljusets hastighet. Vissa partiklar växelverkar svagt med Higgsfältet och blir lätta. Andra segar sig genom Higgsfältet och blir väldigt tunga. Denna mekanism förutspår en elektriskt neutral partikel, Higgsbosonen. Den observerades för första gången 2012 i data från Large Hadron Collider (LHC) vid CERN i Genève.

Ett villkor för Higgsbosonens existens är att den kopplar inte bara till alla andra elementarpartiklar – utan också till sig själv. Därmed kan en Higgsboson med tillräckligt hög energi sönderfalla till två Higgsbosoner. Sannolikheten för att denna process ska hända i en kollision mellan två protoner vid LHC är mycket liten. Stora mängder av data krävs för att upptäcka och mäta parproduktionen av Higgsbosoner. Å andra sidan skulle en ”tidig” upptäckt av två Higgsbosoner i LHC-data vara ett tydligt bevis för fysik med ursprung bortom Standardmodellen. Många oförklarade fenomen tyder faktiskt på att denna teori inte är komplett.

Kring en av LHC:s kollisionspunkter har ett stort experiment, ATLAS, byggts för att mäta egenskaper hos partiklarna som skapas i kollisioner mellan protoner. Min forskning handlar om att använda data från ATLAS för att leta efter parproduktionen av Higgsbosoner och därmed bekräfta Higgsbosonens koppling till sig själv i Standardmodellen, men också för att utforska teoretiska modeller bortom denna teori. I flera av dessa kan Higgsfältet ge upphov till mer än bara en Higgsboson, och vissa av dessa nya Higgsbosoner kan även bära en elektrisk laddning. Min forskning handlar också om sökandet efter dessa nya Higgsbosoner i ATLAS-data. Universums vakuum är det fysikaliska tillståndet med den lägsta möjliga energin. Eftersom Higgsfältet genomsyrar vakuum och, till skillnad från andra fysikaliska fält, inte antar värdet noll i sin lägsta energinivå, är vakuum inte alls tomt. Genom att studera massans ursprung i den subatomära världen kan min forskning därför också ge svar om egenskaperna hos universums vakuumtillstånd.

Forskningspresentation

Att kunna förändra och därmed skräddarsy de olika egenskaperna hos material har alltid varit avgörande för människans utveckling, från de första bearbetningarna av sten till dagens elektroniska kretsar.

I min forskning undersöker jag de förändringar i struktur och kemisk sammansättning i komplexa materialsystem som sker under korta tidsskalor (miljondelar av sekunder) och långa (dagar). För detta använder jag främst joner, som har accelererats till hög hastighet och då kan ge information om både koncentration och djupfördelning av materialets olika komponenter på nanometernivå – oftast utan att påverka systemet.

Metoderna jag använder och vidareutvecklar möjliggör studier av exempelvis materialdiffusion eller fasförändringar när material värms upp eller utsätts för reaktiva gaser eller andra påfrestningar. Oftast är det lätta grundämnen som väte, litium eller syre i energimaterial som står i fokus för undersökningarna. Den förbättrade förståelsen av materialförändringarna tillämpas sedan för att optimera tillverkningsprocesser, minimera resursinsatsen, eller få bättre hållbarhet i högteknologiska system.

Jag undersöker också vilka ultrasnabba fundamentala processer som sker på atomärt relevanta längd- och tidsskalor när joner skjuts in i ett material. Resultaten förbättrar vår förståelse av hur kosmisk strålning påverkar himlakroppar och rymdfarkoster, vad som sker i en fusionsreaktor, men även vad som händer när högteknologiska system utsätts för just snabba joner under olika typer av plasmabehandlingar.

Forskningspresentation

Jag arbetar med karakterisering av donator- och acceptormolekyler, alltså molekyler som enkelt kan ta emot eller ge ifrån sig elektroner. Dessa molekyler används till exempel i solceller och organiska ljusemitterande dioder (OLED).

Oftast studerar jag ganska stora molekylkomplex som skapats genom sammanslagning av mindre och enklare molekyler. Jag undersöker hur dessa enkla molekylära byggstenar förändras när man kombinerar dem till mer komplexa molekylstrukturer. Dessutom undersöker jag både molekylära byggstenar och molekylkomplex när de är fria, det vill säga i gasfas, och när de sitter på olika typer av ytor (såsom metaller eller halvledare) för att förstå förändringarna som skapas av växelverkan mellan molekylerna och de olika ytorna.

Dessa studier kan ge en omfattande och detaljerad förståelse av de material som används inom organisk elektronik och kan göra det möjligt att utveckla material med specifika egenskaper genom rätt val av molekylära byggstenar. Mitt experimentella arbete inkluderar röntgenbaserade spektroskopiska karakteriseringar och utförs huvudsakligen vid den italienska synkrotronstrålningsanläggningen Elettra i Trieste.

Förutom att jag är professor vid institutionen för fysik och astronomi är jag programdirektör för fysikprogrammet vid International Science Programme (ISP) vid Uppsala universitet, där jag arbetar med forskningskapacitetsuppbyggnad i låginkomstländer.

Forskningspresentation

I min forskning använder jag så kallade hyperoner för att hitta ledtrådar till två av den nyfikenhetsdrivna fysikens största gåtor: hur den synliga materien i universum hålls samman av den starka kraften och varför vårt universum består av så mycket mer materia än antimateria.

Hyperoner består, liksom de mer kända protonerna och neutronerna, av tre kvarkar. I hyperonernas fall är dock minst en av kvarkarna en tung och instabil sär- eller charmkvark. Hyperonen sönderfaller kort efter att den bildats, en egenskap som gör den extra intressant. Genom sönderfallet avslöjar nämligen hyperonen sin inre magnet – sitt spinn.

Vid BESIII-experimentet i Kina och det framtida antiprotonexperimentet PANDA i Tyskland bildas kvantsammanflätade par av hyperoner och antihyperoner vilkas sönderfall kan spåras i detalj. Därigenom kan vi rekonstruera hyperonens inre struktur vilket ger nya insikter om den starka kraften. Dessutom kan vi jämföra hyperoners och antihyperoners spinnegenskaper. Hittar vi en skillnad kan det hjälpa till att förklara universums materieöverskott.

Forskningspresentation

I min forskning arbetar jag med neutronspridningsmetoder och tittar på så kallade funktionella material och komplexa vätskor. Målet är att förstå de makroskopiska egenskaperna och möjligheten att relatera dem till de mikroskopiska egenskaperna på atomnivå. Jag studerar molekylernas struktur, processen när de bildas och hur de växelverkar med varandra. Neutroner har hög förmåga att penetrera många material och därmed undersökas på ett icke förstörande sätt. Dessutom visar neutroner många fördelar som till exempel hög känslighet mot isotoper, särskilt lätta grundämnen. Mitt huvudintresse är polymerer, som har långa relaxationstider som medför att de kan uppvisa både egenskaper som vätskor och som fasta material med en enorm elasticitet. Detta möjliggör ett mycket brett utbud av applikationer och är ett extremt intressant växande forskningsfält.

För att möjliggöra min forskning utvecklar jag nya metoder för att studera neutroner i material i samarbete med stora forskningsinstitutioner. Vi är verksamma i ett samarbete vid Institut Laue-Langevin, Grenoble, Frankrike, och planerar att initiera arbete med en anläggning vid European Spallation Source (ESS), som byggs utanför Lund. Jag är även engagerad i en kompakt anläggning i Uppsala. Förutom polymerer använder jag också neutronspridningsmetoder för att undersöka energimaterial och magnetiska tunna filmer.