Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta

 

Recent Submissions

  • Hosiaisluoma, Eero (2015)
    Organisaatioiden tavoitteena on mahdollisimman tehokas, eniten arvoa sekä hyötyä tuottava toiminta. Se edellyttää jatkuvaa toiminnan parantamista, toimintaympäristön muutoksiin reagoimista ja erilaisten muutosten läpiviemistä organisaatiossa. Koska organisaatio on monista eri toiminnallisista ja rakenteellisista osatekijöistä muodostuva kokonaisuus, sen kaikissa kehittämistoimenpiteissä on syytä huomioida kaikki osa-alueet kokonaisvaltaisesti. Kokonaisarkkitehtuurin kehittäminen on keino läpiviedä muutoksia organisaatiossa, sillä se käsittää organisaation koko toiminnan ja rakenteen. Mallintaminen on systemaattinen tapa visualisoida kokonaisarkkitehtuuriin liittyviä osatekijöitä ja muutoksia kokonaisvaltaisesti. Tässä tutkielmassa esitellään käytännönläheinen malliperustainen lähestymistapa kokonaisvaltaiseen suunnitteluun, jota voidaan hyödyntää kehittämisen apuvälineenä eri laajuisten muutosten läpiviemiseen organisaatiossa. Lähestymistavan avulla mahdollista mallintaa toiminnalliset ja rakenteelliset osatekijät, sekä niiden väliset riipuvuussuhteet. Kokonaisvaltaisudella tarkoitetaan kaikkia kehittämiseen liittyviä asioita strategisista tavoitteista ja vaatimuksista yksittäisten kehitysprojektien tunnistamiseen. Keskeistä kokonaisvaltaisuudessa on huomioida liiketoimintaan, tietojärjestelmiin ja infrastruktuuriin liittyvät osatekijät, sekä niiden väliset riippuvuussuhteet. Malliperustaista lähestymistapaa voidaan soveltaa eri laajudessa ja eri tarkkuustasoilla. Mallintamisen kohteena voi olla koko organisaatio, jokin sen rajattu alue tai yksittäinen ratkaisu. Tarkkuustaso voi vaihdella yleiseltä tasolta hyvinkin yksityiskohtaiseen. Tutkielmassa esitellään kokonaisvaltaisen kehittämisen ja mallintamisen standardit TOGAF-kokonaisarkkitehtuuriviitekehys ja ArchiMate-mallinnuskieli, sekä kuinka niitä voidaan soveltaa yhdessä. Tutkielmassa arvioidaan myös kuinka Sparx Systems Enterprise Architect-mallinnusväline soveltuu kokonaisvaltaiseen kehittämiseen.
  • Nguyen, Quan (Helsingin yliopisto, 2015)
    Probabilistic phylogenetic trees are widely considered as the most powerful and reliable method for phylogenetic analysis. However, in reality, processes like hybridization, horizontal gene transfer, and recombination result in reticulation, which means that the evolutionary process can no longer be accurately described by a tree-like graph. A phylogenetic network, which is a general version of a phylogenetic tree is more appropriate in this situation. Unfortunately computational challenges arise when handling likelihood-based phylogenetic networks. Earlier methods often require the hypotheses to be in the neighborhood of the underlying true phylogeny and to be specified as a backbone tree or the number of possible reticulation events. Nevertheless their running time is still often too slow to be really helpful in many realistic scenarios. We propose a method called PhyloDAG, which is significantly faster than earlier methods, and thus restrictions on the network search can be removed. As a consequence the inference is more likely to be accurate. The key idea to speed up phylogenetic network inference by the proposed method, Stochastic Structural Expectation Maximization, which is an EM like algorithm, where in the E step it samples missing data while in the M step it optimizes both the parameters and the structure of the phylogenetic network on pseudo-complete data. Experiments on simulated data as well as real biological and textual data demonstrate that the proposed method, PhyloDAG, can efficiently infer accurate phylogenetic networks.
  • Vähä-Piikkiö, Olga (2015)
    The purpose of this study is to develop a method for optimizing the data assimilation system of the HIROMB-BOOS -model at the Finnish Meteorological Institute by finding an optimal time interval and an optimal grid for the data assimilation. This is needed to balance the extra time the data assimilation adds to the runtime of the model and the improved accuracy it provides. Data assimilation is the process of combining observations with a numerical model to improve the accuracy of the model. There are different ways of doing this, some of which are covered in this work. The HIROMB-BOOS -circulation model is a 3D-forecast model for the Baltic Sea. The variables forecast are temperature, salinity, sea surface height, currents, ice thickness and ice coverage. Some of the most important model equations are explained here. The HIROMB-BOOS -model at the Finnish Meteorological Institute has a preoperational data assimilation system that is based on the optimal interpolation method. In this study the model was run for a 2-month test period with different time intervals of data assimilation and different assimilation grids. The results were compared to data from five buoys in the Baltic Sea. The model gives more accurate results when the time interval of the data assimilation is small. The thicker the data assimilation grid is, the better the results. An optimal time interval was determined taking into account the time the assimilation takes. An optimal grid was visually determined based on an optimal grid thickness, for which the added time had to be considered as well. The optimized data assimilation scheme was tested by performing a 12-month test run and comparing the results to buoy data. The optimized data assimilation has a positive effect on the model results.
  • Pöyry, Outi Irene (2015)
    In the upgraded CMS pixel detector (phase II upgrade), the pixel size will become smaller due to the higher occupancy caused by higher luminosity of the LHC. This means that also the bump bonds between the sensor and the read-out circuit will become smaller, which results in smaller gap between the sensor and the ROC. This will increase the probability for electrical sparking that might destroy the ROC, the sensor or both. Jaakko Härkönen has suggested using alumina passivation on the modules for sparking prevention. In this thesis it was studied whether bonding is applicable on a surface having an alumina passivation. It was also of interest, which parameters of the bonder make stronger bonds. Bonding was tested on metal pads with different layer thicknesses of alumina: 0 nm, 10 nm, 15 nm, 20 nm and 25 nm. The strengths of the bonds were tested using the bond pull test. The results indicate that wire-bonding on alumina does well in pull-strength tests, though the bonds are slightly weaker than on surfaces with no alumina. Increasing bonding force seems to weaken the bonds, increasing bonding power, on the other hand seems to make stronger bonds. The conclusion of this thesis is that alumina is a viable choice for passivation, since it does not seem to have a negative effect on the module wire bonding.
  • Syrjö, Anne (2015)
    Ainereaali kirjoitettiin ensimmäistä kertaa keväällä 2006, jolloin avautui mahdollisuus tutkia yksittäisten reaaliaineiden osaamista. Kokeessa muutos näkyi tehtävävalintojen rajuna kaventumista. Tutkielmassa tarkastellaan ylioppilaskokelaiden fysiikan ainereaaleissa keväinä 2009 ja 2010 tehtyjä tehtävävalintoja, menestymistä sekä käytetyn oppikirjasarjan vaikutusta etsimällä vastauksia kysymyksiin: 1) Millaisia ovat olleet fysiikan ainereaalitehtävät keväinä 2009 ja 2010? 2) Millaisia tehtävävalintoja eri kirjoittajaryhmät (muuttujina sukupuoli ja käytössä ollut oppikirjasarja) ovat tehneet ja miten kokeissa menestyneet? Onko ryhmien välillä havaittavissa tilastollisia eroja? Tutkimuksen viitekehyksenä toimii opetuksen perusmalli lukiossa. Lukion opetussuunnitelman perusteet (LOPS) asettaa tavoitteet koko lukiokoulutukselle. Oppimiseen vaikuttaa mm. kokelaan lähtötaso, kognitiiviset tiedot ja taidot sekä käytössä ollut oppimateriaali. Malli huipentuu arviointiin: lukion osalta ylioppilaskokeen arvosteluun, joka tässä tutkielmassa on keskiössä. Fysiikan ainereaalitehtäviä analysoitiin teoriaohjaavan sisällönanalyysin keinoin. Tutkimuksen kvantitatiivinen tutkimusaineisto fysiikan ainereaalikokeen arvostelu kerättiin Ylioppilastutkintolautakunnan tulosluetteloista. Aineisto täydentyi oppikirjatiedoilla, jotka saatiin 58 lukioilta sähköpostikyselyn avulla. Tutkimuksen otos sisälsi n. 15 % kevään fysiikan kirjoittajista: 675 (560 miestä, 115 naista) keväältä 2009 ja 710 (538 miestä, 172 naista) keväältä 2010. Aineistoa analysoitiin SPSS:llä käyttäen ristiintaulukointia sekä ei-parametrisiä testejä. Tutkimuksen tuloksena havaittiin, että enemmistö reaalitehtävistä oli korkeimpia kognitiivisia taitoja vaativia tuottamistehtäviä. Naisten ja miesten arvosanojen tilastollinen ero vaihteli. Sukupuolten väliset tehtävävalinnat poikkesivat vain vähän toisistaan. Käytetyllä oppikirjasarjalla oli merkitystä kokeessa menestymiseen. Parhaiten pärjäsivät Physican ja Fotonin lukijat, tilastollisesti heikoiten Fysiikkaa lukeneet. Miehillä eri oppikirjaa käyttäneiden ainereaaliarvosanat vaihtelivat tilastollisesti merkittävästi, mutta naisten kohdalla eroa ei ollut. Eri kirjasarjaa käyttäneiden tehtävävalinnat vaihtelivat hiukan. Saatujen tulosten valossa aihetta oppimateriaalien ja niiden käytön lisätutkimukseen olisi, jotta tulevaisuudessa voitaisiin taata mahdollisimman tasa-arvoinen lukio kaikille.
  • Sarkar, Subhojit (2015)
    The SM, conceptually and phenomenologically fails to incorporate and explain few fundamental problems of particle physics and cosmology, such as a viable dark matter candidate, mechanism for inflation, neutrino masses, the hierarchy problem etc. In addition, the recent discovery of the 125 GeV Higgs boson and the top quark mass favor the metastablility of the electroweak vacuum, implying the Higgs boson is trapped in a false vacuum. In this thesis we propose the simplest extension of the SM by adding an extra degree of freedom, a scalar singlet. The singlet can mix with the Higgs field via the Higgs portal, and as a result we obtain two scalar mass eigenstates (Higgs-like and singlet-like). We identify the lighter mass eigenstate with the 125 GeV SM Higgs boson. Due to the mixing, the SM Higgs quartic coupling receives a finite tree level correction which can make the electroweak vacuum completely stable. We then study the stability bounds on the tree level parameters and determine the allowed mass region of the heavier mass eigenstate (or singlet-like) for range of mixing angles where all the bounds are satisfied. We also obtain regions of parameter space for different signs of the Higgs portal coupling. In the allowed region, the singlet-like state can decay into two Higgs-like states. We find the corresponding decay rate to be substantial. Finally, we review various applications of the singlet extension, most notably, to the problem of dark matter and inflation.
  • Naakka, Tuomas (2015)
    Lumisateen synty ja voimakkuus riippuvat fysikaalistenprosessien ja partikkelien kokojakauman välisestä vuorovaikutuksesta. Tässä tutkielmassa on käytetty 1-dimensiosta stady state -mallia yhdessä tutkahavaintojen kanssa kuvaamaan lumipartikkelien kokojakauman muutoksia pystysunnassa. Malli käyttää nollatta, ensimmäistä ja toista massamomenttia jakaumaparametrin kehityksen laskemiseen. Mallissa on kuvattu fysikaaliset prosessit, nukleaatio, vesihöyryn depositio ja partikkelien aggregaatio. Muita prosesseja kuten partikkelien hajoamisia tai nestemäisten vesipisaroiden jäätymistä lumipartikkelien pinnalle ei ole kuvattu mallissa. Nestemäisen veden vaikutus lumipartikkelien kasvuun pitää olla hyvin vähäinen, jotta malli pystyy kuvaamaan lumipartikkelien kasvua. Mallilla kuvattiin kahta lumisadetapausta, 26. ja 30. joulukuuta 2010, jotta voitiin tutkia mallin käyttäytymistä, ja kykyä kuvata pilven mikrofysikaalisia ominaisuuksia. 30. päivän lumisadetapaus oli tyypillinen lumisadetapaus, ja mallitulokset partikkelien kokojakauman ja tutkasuureiden osalta olivat lähellä havaintoja. 26. päivän lumisadetapauksessa tutkahavainnoissa merkkejä, jotka viittasivat kasvaneeseen deposition ja aggregaation voimakkuuteen. Tällaisen havainnot ovat olleet kirjallisuudessa mielenkiinnon kohteina viimeaikoina. 26. päivän tapausta ei pystytty tarkasti mallintamaan johtuen mahdollisesti siitä, että steady state -oletus ei toteutunut riittävällä tarkkuudella, tai siitä, että kaikkia vaikuttavia fysikaalisia prosesseja ei ollut huomioitu mallissa. Pienten partikkelien lukumäärä mallituloksissa maanpinnalla on aliarvioitu verrattuna havaintoihin. Malli ei pysty saavuttamaan havaitunlaista lähes eksponentiaalista kokojakaumaa mallissa kuvattujen fysikaalisten prosessien avulla. Tämä aliarvio viittaa siihen, että partikkelien hajoamisella on merkittävä rooli kokojakauman muutoksissa. Eri kidetyypeillä suoritettujen malliajojen perustella voidaan sanoa, että suuri määrä levymäisiä kiteitä pilven yläosassa johtaa voimakkaaseen lumisateeseen, mikä voi aiheuttaa aiemmin mainitunkalaisia tutkahavaintoja. Näin ollen tutkielma vahvistaa kirjallisuudessa esitettyjä tuloksia näiden tutkahavaintojen ja fysikaalisten prosessien välisestä yhteydestä, mutta toisaalta mallissa ei ollut kuvattu kaikkia tapauksen kannalta tarpeellisia mikrofysikaalisia prosesseja. Tutkielmassa alkuperäinen 2-momenttimallia muutettiin 3-momenttimalliksi, jolloin jakauman muodolla on mahdollisuus muuttua pystysuunnassa vesihöyryn deposition ja aggregaation vaikutuksesta. 3-momenttimallissa pilven jääsisällön ja sademäärän kasvu deposition vaikutuksesta on nopeampaa kuin 2-momenttimallissa. Nopeampi pilven jääsisällön kasvu 3-momenttimallissa johtaa kokojakauman kapenemiseen deposition hallitessa kasvua. Mallinnetut kokojakaumat pilven yläosissa on kyseenalaisen kapeita, minkä selvittäminen tarvitsi lisää tutkimista.
  • Wickström, Siiri (2015)
    Tutkielmassa tarkastelen merijään ja ilmakehän välisen hiilidioksidinvaihdon yhteyttä sulavan merijääpinnan energiataseeseen. Tuoreet tutkimukset ovat osoittaneet että merijään sulaminen voi toimia merkittävänä hiilidioksidin nieluna Arktisilla merillä. Sulamisprosessin on esitetty laimentavan jään sekä pintaveden hiilidioksidin osapainetta (pCO2), mikä voimistaisi meren alikyllästystä hiilidioksidin suhteen. Myös jäähän liittyvä biologia sekä jäänsisäinen karbonaattikemia muokkaavat ilmakehän, jään ja meren välistä CO2-pitoisuuden gradienttia. Pienetkin vuot merijään lävitse voivat olla potentiaalisesti merkittäviä ottaen huomioon, että laajimmillaan merijää kattaa noin 7 prosenttia maapallon pinta-alasta. Monivuotisen Arktisen merijään vähentyessä muuttuvassa ilmastossa suurempi osuus merijääpeitteestä sulaa vuosittain ja sulamisprosessien vaikutus ilmastoomme on suurempi. Tämän hetkiset globaalit ilmasto- ja biogeokemiamallit käsittelevät merijäätä kaasuja läpäisemättömänä eristeenä ilmakehän ja napamerien välillä, minkä seurauksena hiilidioksidinkierron muutosten ennustaminen on puutteellista. Energiatase muodostuu nettosäteilystä, turbulenttisista havaittavan lämmön ja latentin lämmön voista sekä jään läpi pintaan johtuvasta lämmöstä. Sulaessaan merijään pinta muuttuu tasaisesta lumipeitteestä sulavesilammikoiden peittämäksi. Sulavan pinnan heijastavuuden lasku kontrolloi energiatasetta, sillä suurempi osa auringonsäteilystä imeytyy pintaan ja voimistaa sulamista entisestään. Merijään lämpötilaan vaikuttavat ilmakehän, jään ja meren välinen energianvaihto sekä jään huokoisuus. Tutkielma perustuu 30 päivän kenttämittauskampanjaan kesäkuussa 2014 Young Sound -vuonosta, Koillis-Grönlannista (74º 18’ N, 20º13’ W). Turbulenttista hiilidioksidin ja vesihöyryn vuota mitattiin 10 Hz:n taajuudella kahdella avoimella (open-path) infrapunakaasuanalysaattorilla ja akustisella anemometrilla n. 3 m korkeudella. Ilmakehän perussuureita (tuuli, säteily, kosteus, lämpötila) mitattiin yhdellä mastolla. Pintaveden hiilidioksidipitoisuutta mitattiin jatkuvasti 2.5 m syvyydeltä. Mastojen läheisyydestä kairatuista jäänäytteistä määritettiin jään lämpötila ja lämmönvuo. Turbulenssiaineistosta määritettiin CO2:n ja vesihöyryn vuot Eddy Covariance – menetelmällä, jossa vuo määritetään pystytuulen sekä tarkasteltavan kaasun pitoisuuden turbulenttisten vaihteluiden kovarianssista. Heikot tuulet laskivat hyvänlaatuisten mittausten määrää, aiheuttaen aukkoja aikasarjaan. Mitattu hiilidioksidinvuo vaihteli 1.92 ja -3.2 µmol m-2 s-1 (positiiviset vuot suuntautuvat pinnasta ilmaan) välillä ja merijää oli mittauskampanjan ajan hiilidioksidin nettonielu. Jää oli läpäisevyyden kynnysarvoa lämpimämpi koko mittausjakson ajan ja lämpeni tasaisesti kampanjan edetessä. Pintaveden pCO2 oli koko mittauskampanjan ajan ilmakehän CO2 pitoisuutta matalampi ja pintaveden alikylläisyys kasvoi 50 µatm:sta 140 µatm: aan 10 päivässä (13. -23. kesäkuuta). Voimakkaasta alikyllästystilasta huolimatta hiilidioksidinvuo jäähän ei kasvanut aikasarjan loppua kohden. Mahdollinen selitys tälle on sulavesilammikoiden saavuttama tasapaino ilmakehän pCO2:n kanssa. Suurimmat hiilidioksidin vuot jäähän mitattiin sulavesilammikoiden muodostuessa. Suuria positiivista voita (vuo> 1 µmol m-2 s-1) havaittiin kahdesti, 11. ja 18. kesäkuuta. Yleisesti hiilidioksidinvuon ja pinnan energiavoiden välillä ei havaittu voimakkaita merkitseviä korrelaatioita. Hiilidioksidinvuon ja nettosäteilyn sekä tuulen nopeuden välillä oli kuitenkin heikko positiivinen korrelaatio. Heikkoja korrelaatioita selittävät luultavasti useat merijään huokoisuuteen ja CO2 pitoisuuteen vaikuttavat tekijät joiden vaikutuksia toisistaan ei voida eritellä käytössä olleella aineistolla. Tutkielma tukee hypoteesia siitä, että sulaessaan merijää on hiilidioksidin nielu. Mittausten laatua voisi parantaa käyttämällä suljettua kaasuanalysaattoria avoimen sijasta. Menetelmänä Eddy Covariance on puutteistaan huolimatta tällä hetkellä kehittynein ja luotettavin tapa mitata ekosysteemiskaalan turbulenttista vuota.
  • Ukkonen, Peter (2015)
    While numerical weather forecasts have improved dramatically in recent decades, forecasting severe weather events remains a great challenge due to models being unable to resolve convection explicitly. Forecasters commonly utilize large-scale convective parameters derived from atmospheric soundings to assess whether the atmosphere has the potential to develop convective storms. These parameters are able to describe the environments in which thunderstorms occur but relate to actual thunderstorm events only probabilistically. Roine (2001) used atmospheric soundings and thunderstorm observations to assess which from a variety of stability indices were most successful in predicting thunderstorms in Finland, and found that Surface Lifted Index, CAPE and the Showalter index were most skillful based on the data set in question. This study aims to extend the assessment of thunderstorm predictors to atmospheric reanalyses, by utilising model pseudo-soundings. Reanalyses such as ERA-Interim use sophisticated data assimilation schemes to reconstruct past atmospheric conditions from historical observational data. In addition to a large sample size, this approach enables examining the use of other large-scale model parameters, which are hypothesized to be associated with convective initiation, as supplemental forecast parameters. Using lightning location data and ERA-Interim reanalysis fields for Finnish summers between 2002 and 2013, it is found that the Lifted Index (LI) based on the most unstable parcel in the lowest 300 hPa has the highest forecast skill among traditional stability indices. By combining this index with the dew point depression at 700 hPa and low-level vertical shear, its performance can be further slightly increased. Moreover, vertically integrated mass flux convergence between the surface and 500 hPa calculated from the ERA-I convergence seems to have high association with thunderstorm occurrence when used as a supplementary parameter. Finally, artificial neural networks (ANN) were developed for predicting thunderstorm occurrence, and their forecast skill compared to that of stability indices. The best ANN found, utilizing 11 parameters as input, clearly outperformed the best stability indices in a skill score test; achieving a True Skill Score of 0.69 compared to 0.61 with the most unstable Lifted Index. The results suggest that ANNs, due to their inherent nonlinearity, represent a promising tool for forecasting of deep, moist convection.
  • Nissinen, Tuomas (2015)
    Particle Induced X-ray Emission (PIXE) is an ion beam analysis technique. In PIXE, atoms in the sample are excited when the sample is bombarded with protons, alpha particles, or heavy ions. X-rays are emitted when atoms in the sample de-excite. Each element has unique characteristic x-rays. In the spectrum, area of each peak is proportional to the elemental concentration in the sample. The existing PIXE set-up in the accelerator laboratory was upgraded to external beam PIXE to do in air measurements, because of need to analyse large amounts of archaeological samples. Different exit window set-ups were constructed and tested. The goal was to get maximum beam spot area with minimum beam energy loss in the exit window. The set-up enables the use of 100 nm thick Si3N4 exit window membranes and 4-mm-diameter beam spot area. For the measurements in the current work, a 500 nm thick Si3N4 membrane was used due to its higher durability. Current measurement can be difficult when doing PIXE in air because of ionization of air molecules in the beam’s path and charge collection differences at sample surface. The set-up utilizes a beam profile monitor (BPM), which measures the current in vacuum prior to the exit window, and therefore is not affected by the current measurement difficulties in air. Along with the BPM, a current integrator was also used in the current measurements. Current integrator was used to collect the charge from the sample holder. These two methods together provided reliable way of current measurement. With the developed set-up, 166 pottery pieces from the neolithic stone age from different parts of Finland, Sweden and Estonia, were measured to determine their elemental concentrations for provenance research. AXIL software was used to analyse the spectra.
  • Heikkilä, Jaana Kristiina (2015)
    ATLAS and CMS collaborations at the Large Hadron Collider have observed a new resonance con- sistent with the standard model Higgs boson. However, it has been suggested that the observed signal could also be produced by multiple nearly mass-degenerate states that couple differently to the standard model particles. In this work, a method to discriminate between the hypothesis of a single Higgs boson and that of multiple mass-degenerate Higgs bosons was developed. Using the matrix of measured signal strengths in different production and decay modes, parametrizations for the two hypotheses were constructed as a general rank 1 matrix and the most general 5 x 4 matrix, respectively. The test statistic was defined as a ratio of profile likelihoods for the two hypotheses. The method was applied to the CMS measurements. The expected test statistic distribution was estimated twice by generating pseudo-experiments according to both the standard model hypothesis and the single Higgs boson hypothesis best fitting the data. The p-value for the single Higgs boson hypothesis was defined from both expected test statistic distributions, and it was (8.0 ± 0.3)% and (11.0±0.3)%, respectively. In addition to this, a p-value was also estimated in an alternative way using a χ2 distribution, fitted to the pseudo-experiments for the standard model Higgs boson hypothesis. The resulting p-value was 10.8%. Thus the three estimates yield similar p-values for the single Higgs boson hypothesis. These results suggest that the CMS data is compatible with the single Higgs boson hypothesis, as in the standard model. Furthermore, the result is insensitive to choice of the single Higgs boson hypoth- esis used to derive it, and it does not depend on the precise shape of the test statistic distribution. The developed method can be applied also to other arbitrarily-sized matrices, and it takes into account the uncertainties on the measurements, missing elements of data, and possible correlations. This thesis is an extensive description of the method that has also been published in EPJC (David, Heikkilä and Petrucciani), and the method has been used in the final Run 1 Higgs combination and properties article (CMS Collaboration, incl. Heikkilä).
  • Käki, Sebastian (2015)
    Coronal mass ejections (CMEs) are ejections of plasma and magnetic flux from the Sun. These eruptions are large in size and they propagate over large distances in the heliosphere. If a CME is directed towards the Earth it can cause major space weather disturbances. Thus it is important to know whether a CME will hit the magnetosphere of the Earth and what kind of disturbances it could cause. CMEs contain large-scale twisted magnetic fields called flux ropes. Information about the orientation and the structure of the flux rope is crucial in determining its space weather effects. This thesis is focused on the determination of the orientation and the direction of flux rope CMEs from the corona all the way to the orbit of the Earth. An overview of a number of methods to obtain the necessary flux rope parameters both from remote sensing and in situ measurements is given. In particular, a technique combining the remote and in situ observations with a Sun-to-Earth propagation model for the CME is described in detail. In this thesis, the technique is used to study the propagation of a slow and a fast CME and the results are compared with each other and with earlier studies on the subject. The direction and amount of deflections and rotation were found to be consistent with the earlier results. In addition, differences in the proportional deflections before and after 20 Solar radii with respect to the total deflections were found between the fast and the slow case.
  • Mäkelä, Veikko (2015)
    We studied an RS Canum Venacorum type star BD Ceti. It is a chromospherically active binary (CAB). The primary component is a giant star, but shows solar type activity. With the orbital period of 35.1 days, it belongs into the long period group of RS CVn stars. The tidal interaction between the binary components has accelerated the rotation of the active component so that orbital and rotational period are almost the same. This fast rotation maintains magnetic and chromospheric activity. We applied the Continuous Period Search (CPS) method to 20 years automated V-band photometry. Modelling gave us mean magnitudes, amplitudes, periods, and primary and secondary minima of the light curve, as well as their error estimates. We studied both long and short term variations of the star. We found a possible 17.9 years activity cycle in the minimum starspot coverage. Because this cycle covers 90 % of the time span of our data, we could not confirm if this is a real phenomenon. From the period changes, we got the differential rotation coeffient |k| > 0.14, if the activity is present from the equator to the poles. We compared our result with latitudinal spot activity of the Sun and another RS CVn star Sigma Geminorum. BD Ceti has a higher differential rotation rate. We compared our result also to other published relations for estatimating differential rotation. We found that our results agree with the predictions by Collier Cameron (2007) and Küker & Rüdiger (2011) and Reinhold et al. (2013). Our relatively high differential rotation estimate is consistent to published results where slower rotating stars have higher differential rotation. We found two active longitudes located almost at the opposite sides of the star. The primary active longitude existed through entire 20 years observing period. The second active longituge existed only occasionally. No evidence of occasional activity switch, so called "flip-flops", between these longitudes was not found. We got a period of 34.6 ± 0.1 days for those longitudes, which is close to orbital period of the binary system. This active longitude structure may be an evidence of azimuthal magnetic dynamo rotating slightly faster than the star.
  • Shojaeifar, Emad (2015)
    The best renormalizable theory in particle physics is the Standard Model. According to this model, neutrinos must be massless. We know that neutrinos have three different flavors. Owing to the observations, it is seen that there are oscillations between different flavors of neutrinos. This fact forces us to go beyond the Standard Model of Particle Physics, because neutrino oscillations can only happen if the neutrinos are massive. The first solution is to define three mass eigenstates and claim that the flavor eigenstates are superpositions of the mass eigenstates. However, due to some problems it is concluded that physical states must be replaced with fields. In this thesis we study neutrino oscillations. We begin our work with reviewing fermion fields before the Standard Model. Then the Standard Model and experiments which confirm the existence of different neutrino flavors are shortly discussed. Moreover, we present the observations that show neutrino oscillations phenomenon and after that, the Dirac and Majorana neutrinos are discussed. Finally, oscillations are described theoretically. First, quantum mechanical oscillations are discussed and we find the phase and probability of the flavor transitions. Then due to the problems of this approach, oscillations in quantum field theory are presented. It is seen that, again, the results derived with the quantum mechanical treatment are accepted in the quantum field theory approach.
  • Musazay, Abdurrahman (2015)
    Perovskites are a class of materials that possess many interesting properties with a wide range of technological applications in the field of optoelectronics and photovoltaics. In recent years, perovskites have gained considerable attention as an inexpensive and easy-to-synthesize light absorbing material for so-called organic-inorganic solar cells. In this study we wish to examine the structural and electronic properties of CH3NH3PbI3 organohalide lead perovskites. Charge transport behaviour between the light harvesting perovskite and the underlying electron transport mesostructure are some of the factors that affect the Power Conversion Efficiencies (PCE) of these devices. Therefore, advanced characterization methods were used to investigate the structural and electronic changes that may occur at the interface. Scanning electron microscopy (SEM) was used to survey the structure and morphology of the samples. It was found that the titania grain sizes were 20-25 nm in size and the perovskite grain sizes from 200 nm to 500 nm. The samples were prepared using a solution processing method, which is widely considered as one of the most cost effective ways for crystal growth. However, our studies show that this method does not provide a full perovskite coverage of the surface (14.4% of surface uncovered) which reduces the light harvesting yield. X-ray diffraction (XRD) was employed to study the crystal structure of the sample. It was concluded that the titania was in the anatase phase and the perovskite in a tetragonal crystal system (space group: I4/mcm), with a cell size of a=8.89 A and c=12.68 A. Moreover, our XRD results reveal the existence of a PbI2 crystal phase, indicating an incomplete conversion of the precursors to the perovskite phase. In order to probe the changes that occur at the interface and to elucidate the electron transport mechanisms, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) was conducted and the core-level spectra was investigated. A shift of 0.44 eV in the binding energy of the Ti 2p line was observed between the titania samples and the titania/perovskite. We hypothesize the origin of this shift to be due to a local screening effect, or the formation of a barrier between the perovskite and the titania that is hindering charge transport and is preventing the compensation for the surface charges lost during photoionization. Based on the findings presented in this thesis we suggest, as a possible research direction for the future, UV Photoelectron Spectroscopy (UPS) for constructing the band alignment schemes with the PbI2 layer included and a thorough investigation of the substrate effects and the synthesis routes on the charge transport dynamics of these systems.