Dark matter from unification

We consider a minimal extension of the Standard Model (SM), which leads to unification of the SM coupling constants, breaks electroweak symmetry dynamically by a new strongly coupled sector and leads to novel dark matter candidates. In this model, the coupling constant unification requires the existence of electroweak triplet and doublet fermions singlet under QCD and new strong dynamics underlying the Higgs sector. Among these new matter fields and a new right handed neutrino, we consider the mass and mixing patterns of the neutral states. We argue for a symmetry stabilizing the lightest mass eigenstates of this sector and determine the resulting relic density. The results are constrained by available data from colliders and direct and indirect dark matter experiments. We find the model viable and outline briefly future research directions.Comment: 30 pages, 7 figure

Naturality, unification and dark matter

We consider a model where electroweak symmetry breaking is driven by Technicolor dynamics with minimal particle content required for walking coupling and saturation of global anomalies. Furthermore, the model features three additional Weyl fermions singlet under Technicolor interactions, which provide for a one-loop unification of the Standard Model gauge couplings. Among these extra matter fields exists a possible candidate for weakly interacting dark matter. We evaluate the relic densities and find that they are sufficient to explain the cosmological observations and avoid the experimental limits from earth-based searches. Hence, we establish a non-supersymmetric framework where hierarchy and naturality problems are solved, coupling constant unification is achieved and a plausible dark matter candidate exists

Superweakly interacting dark matter from the Minimal Walking Technicolor

We study a superweakly interacting dark matter particle motivated by minimal walking technicolor theories. Our WIMP is a mixture of a sterile state and a state with the charges of a standard model fourth family neutrino. We show that the model can give the right amount of dark matter over a range of the WIMP mass and mixing angle. We compute bounds on the model parameters from the current accelerator data including the oblique corrections to the precision electroweak parameters, as well as from cryogenic experiments, Super-Kamiokande and from the IceCube experiment. We show that consistent dark matter solutions exist which satisfy all current constraints. However, almost the entire parameter range of the model lies within the the combined reach of the next generation experiments.Comment: 29 pages, 6 figure

Dark Matter Interference

We study different patterns of interference in WIMP-nuclei elastic scattering that can accommodate the DAMA and CoGeNT experiments via an isospin violating ratio $f_n/f_p=-0.71$. We study interference between the following pairs of mediators: Z and Z', Z' and Higgs, and two Higgs fields. We show under what conditions interference works. We also demonstrate that in the case of the two Higgs interference, an explanation of the DAMA/CoGeNT is consistent with Electroweak Baryogenesis scenarios based on two Higgs doublet models proposed in the past.Comment: 14 pages, 2 figures, references and appendix added, match with the published versio

Hyötyä taseista : Ravinnetaseiden tulkinta ympäristön ja viljelyn hyödyksi

Hyötyä taseista -hankkeessa tuotettiin typen peltotaseiden jakaumat Suomen yleisimmille viljelykasveille yhdistämällä kaikki saatavilla oleva ja systemaattisesti kerätty ravinnetasetieto peltoviljelystä. Jakaumien perusteella viljelykasvit luokiteltiin neljään eri ryhmään: (I) säilörehunurmi, (II) kaura, ohra ja tärkkelysperuna, (III) kevätvehnä ja sokerijuurikas ja (IV) kevätrypsi, syysvehnä ja ruis. Kahden ensimmäisen ryhmän mediaanitaseet olivat samansuuruiset (kivennäismailla 13–14 kg/ha käytettäessä vain väkilannoitetyppeä), mutta säilörehunurmella typpitaseet olivat huomattavasti suuremmat jakauman yläpäässä. Kasviryhmässä III mediaanitase oli vastaavasti 32 kg/ha ja ryhmässä IV kaikkein korkein, 56 kg/ha. Typpitaseet olivat lisäksi em. kasviryhmissä eloperäisillä mailla pienempiä kuin kivennäismailla. Kotieläinlantaa käytettäessä typpitaseet laskettuna liukoisen typen mukaan olivat hieman suurempia kasviryhmässä II kun taas ryhmissä III ja IV eroa ei ollut tai tase oli pienempi (säilörehunurmi). Kasviryhmien sisällä typpitaseen suuruuteen vaikutti eniten typpilannoituksen määrä. Matalimmat taseet saavutettiin, kun satotaso oli korkea ilman että oli käytetty ympäristökorvauksen enimmäislannoitusmääriä. Korkeita typpitaseita sen sijaan esiintyi, kun satotaso oli jäänyt odotettua pienemmäksi huolimatta typpilannoituksesta. Tasejakaumiin liitettiin ympäristöinformaatio potentiaalisesta vesistökuormituksesta, jota arvioitiin koeaineistojen ja mallintamisen avulla. Kasviryhmissä I ja II noin neljännes liukoisen typen taseista oli niin korkeita (ylittävät tason 60 ja 25 kg/ha), että niistä voi aiheutua keskimääräistä selvästi korkeampi typen huuhtoutumisriski. Kasviryhmässä III puolet typpitaseista ylitti riskirajan ja ryhmässä IV yli puolet. Typpitaseita tarkasteltiin myös laskemalla op-timaalisen typpilannoituksen määrää erilaisilla hintasuhteilla. Tulosten perusteella nitraattiasetus ei rajoita taloudellisesti optimaalista typpilannoitusta kevätviljoilla, mutta rajoittaa typpilannoitusta säilörehunurmen kohdalla. Ympäristökorvauksen enimmäislannoitusmäärät johtavat kevätviljoilla typpitaseisiin (16–45 kg/ha kivennäismailla), jotka ovat keskimääräistä korkeampia verrattuna em. peltolohkojen jakaumiin, mutta eivät johda peltolohkoilla havaittuihin suurimpiin typpitaseisiin. Verrattuna rajoittamattomaan taloudelliseen optimointiin, ympäristökorvaukseen sitoutuneilla maatiloilla kasvintuotannosta saatava vuotuinen katetuotto vähenee usein vain alle 10 €/ha vil-jeltäessä viljaa kivennäismailla, kun taas säilörehun tuotannossa vastaava vähenemä on lähes 50 €/ha. Tuloksia havainnollistettiin esittämällä alustavia kriteerejä typpitaseiden arviointiin ja joillekin kasveille ehdotettiin myös liukoisen typen taseiden viitearvoja mahdollista ravinnetaseohjausta varten. Ravinnetaseisiin perustuvan ohjauksen vahvuudeksi tunnistettiin satotason huomiointi, mikä voisi kannustaa peltojen perusparannuksiin.201

Invisible Higgs and Dark Matter

We investigate the possibility that a massive weakly interacting fermion simultaneously provides for a dominant component of the dark matter relic density and an invisible decay width of the Higgs boson at the LHC. As a concrete model realizing such dynamics we consider the minimal walking technicolor, although our results apply more generally. Taking into account the constraints from the electroweak precision measurements and current direct searches for dark matter particles, we find that such scenario is heavily constrained, and large portions of the parameter space are excluded.Comment: arXiv admin note: text overlap with arXiv:0912.229

Maankäyttösektorin ilmastotoimenpiteet: Arvio päästövähennysmahdollisuuksista

Maankäyttösektorin ilmastotoimet – arvio päästövähennysmahdollisuuksista Hallitusohjelman (2019) mukaisia maankäyttösektorin ilmastotoimenpiteitä valmistellaan sisällytettäväksi vuonna 2021 laadittavaan maankäyttösektorin ilmastosuunnitelmaan. Valmistelun tueksi tarvitaan tietoa keinoista, joilla maankäyttösektorin päästöjä voidaan vähentää, hiilivarastoja ylläpitää ja hiilinieluja vahvistaa, sekä arvioita potentiaalisten toimenpiteiden vaikutuksista lyhyellä ja pitkällä aikavälillä. Tässä tutkimuksessa on arvioitu maankäyttösektorin ilmastotoimenpiteiden vaikutuksia nykyistä tutkimustietoa ja asiantuntija-arvioita kokoamalla sekä valmiina käytettävissä olevia mallinnusmenetelmiä soveltaen. Toimenpiteiden päästövähennys ja hiilinieluvaikutuksien arvioinnissa käytettiin kunkin toimenpiteen kohdalla parasta käytettävissä olevaa menetelmää ja toimenpiteen soveltamismahdollisuuksien laajuus perustui asiantuntija-arvioihin. Tuloksiin liittyy sekä sovelletusta menetelmästä ja siinä käytettävistä tiedoista että toimenpiteen laajuuden arvioinnista johtuvaa epävarmuutta. Tutkimus sisältää myös laadulliset arviot ilmastotoimenpiteiden vaikutuksista muihin ekosysteemipalveluihin, vesistökuormitukseen ja luonnon monimuotoisuuteen. Lisäksi on tunnistettu vaikuttavuusarvioinnin kannalta merkittäviä kehittämis- ja tutkimustarpeita sekä tietoaukkoja. Tulokset auttavat kohdentamaan ilmastotoimenpiteet vaikutuksiltaan merkittävimpiin, joilla tuetaan Suomen tavoitetta saavuttaa hiilineutraalius vuoteen 2035 mennessä. Maankäyttösektorilla on monia mahdollisuuksia vahvistaa hiilinieluja, ylläpitää hiilivarastoja ja vähentää kasvihuonekaasupäästöjä. Kaikkien tunnistettujen ilmastotoimenpiteiden toteuttaminen tutkimuksessa oletetussa laajuudessa vaatisi erittäin laajoja muutoksia maankäyttösektorin ohjauskeinoissa, investointeja päästöjä vähentäviin ja nieluja lisääviin toimenpiteisiin sekä mm. puutuotteiden osalta muutoksia myös maankäyttösektorin ulkopuolella metsäteollisuuden tuotantorakenteessa. Potentiaalisesti suurimmat päästövähennykset voidaan saavuttaa muuttamalla turvemaapeltojen viljelykäytäntöjä ja jatkamalla runsasravinteisissa ojitetuissa turvemaametsissä metsänkasvatusta avohakkuiden sijaan harvennuksin ja ilman kunnostusojituksia. Turvemaapeltojen käsittelyä muuttamalla saadaan suhteellisen pienellä pinta-alalla aikaan merkittäviä päästösäästöjä hidastamalla turpeen hiilivaraston purkautumista, kun kivennäismaapeltojen vaikuttavat ilmastotoimet vaatisivat vuosittaista lisätukea lähes koko käytössä olevalle peltopinta-alalle. Osa tunnistetuista ilmastotoimenpiteistä on pitkävaikutteisia, esimerkiksi suometsässä kerran tehdyn puutuhkalannoituksen puuston hiilinielua vahvistava vaikutus kestää kymmeniä vuosia. Metsien hiilinielua kasvattaisivat merkittävästi myös uusien suojelualueiden perustaminen, säästöpuumäärän lisääminen ja metsäteollisuuden tuotantorakenteen muutos, joka kasvattaisi pitkäikäisten puutuotteiden osuutta. Maankäyttösektorin monilla ilmastotoimenpiteillä edistetään myös luonnon monimuotoisuuden säilymistä ja vähennetään maa- ja metsätalouden haitallisia ympäristövaikutuksia. Erityisesti turvemaiden viljely- ja metsänkasvatusmenetelmiä uudistamalla saadaan tavoitellun ilmastovaikutuksen ohella vähennettyä vesistökuormitusta. Monimuotoisuuden säilyttämistä tukisivat erityisesti suojelualueiden lisääminen, jota oletimme jatkettavan METSO-ohjelmassa toteutuneessa laajuudessa, ja säästöpuiden määrän kaksinkertaistaminen mikä lisäisi lahopuun hiilivarastoa talousmetsissä. Kivennäismaapeltojen maaperän hoito, metsänlannoitus ja turvemaametsien maaperän päästövähennystoimet voivat edistää myös tuotannon taloudellista kannattavuutta. Nykyiset maa- ja metsätalouden tuet eivät kannusta kaikkien potentiaalisesti merkittävimpien päästöjä vähentävien ilmastotoimenpiteiden käyttöönottoon. Maankäyttösektorin ilmastotoimenpiteiden kustannustehokkuuden ja sosiaalisen hyväksyttävyyden tutkimus on rajattu tämän tutkimuksen ulkopuolelle. Näiden tarkastelu jatkotutkimuksissa on välttämätöntä, jotta toimenpiteet osataan suunnata kustannustehokkaasti ja siten että maanomistajilla on mahdollisuus ja kannusteet niitä toteuttaa. Ilmastotoimenpiteiden vaikutuksia puuntuotannon ja viljelyn taloudelliseen kannattavuuteen, muihin ekosysteemipalveluihin ja biodiversiteettiin tarkasteltiin vain laadullisesti tutkimuskirjallisuuden ja asiantuntija-arvioiden perusteella. Näiden laajempi määrällinen tarkastelu edellyttäisi lisätutkimusta ja myös laskentatyökalujen ja mallien kehitystyötä. Ilmastotoimenpiteiden vaikuttavuusarvioon liittyy paljon epävarmuuksia. Arvioita on perusteltua tarkentaa, kun tutkimustietoa kertyy lisää ja laskentamenetelmät kehittyvät

Maa- ja metsätalouden sekä koko maankäyttösektorin ilmastotoimenpiteillä on suuret päästövähennysmahdollisuudet

Suomen tavoitteena on olla hiilineutraali vuonna 2035. Tavoitetta ei voi saavuttaa ilman maankäyttösektorin hiilinieluja. Suomen kokonaispäästöt olivat vuonna 2019 yhteensä 53,1 Mt CO2 ekv. ja maankäyttösektorin nettonielut 14,7 Mt CO2 ekv. Hiilineutraaliustavoitteen saavuttamiseen tarvitaan kaikilta sektoreilta päästövähennyksiä tai lisänieluja. Tässä politiikkasuosituksessa esitellään ilmastopoliittisen päätöksenteon tueksi keinoja päästövähennysten saavuttamiseksi sekä arvioita maankäyttösektorin päästöjä vähentävien ja nieluja vahvistavien toimenpiteiden potentiaalisista vaikutuksista (Lehtonen ym. 2021)