Les hadrons sont des superstars insaisissables du monde subatomique, constituant presque toute la matière visible, et le physicien théoricien britannique Antoni Woss a travaillé avec diligence avec des collègues du Thomas Jefferson National Accelerator Facility du département américain de l'Énergie pour mieux les connaître.

Maintenant, La thèse de doctorat de Woss sur les hadrons en rotation lui a valu le prix de thèse Jefferson Science Associates 2019.

"C'est un immense honneur. Je ne m'y attendais pas du tout, " dit Woss, 27. "C'est juste incroyable de penser que le travail que j'ai fait, les gens avaient vraiment regardé et reconnu et dit, 'C'est vraiment utile. Cela fait vraiment avancer le genre d'idées et la direction que nous voulions aller.'"

Les physiciens nucléaires s'efforcent de comprendre les propriétés des hadrons, particules composites subatomiques qui se forment lorsque les quarks - les Legos de l'univers - sont liés ensemble de manière prescrite par des gluons, les particules élémentaires qui portent la force forte.

Trois quarks liés, par exemple, forment des baryons (par exemple des protons et des neutrons), tandis que les paires quark et antiquark forment des mésons. Mais il existe de nombreuses autres combinaisons possibles.

"Il y a des façons très compliquées de penser à coller ces Lego ensemble, " dit Woss. " Ainsi le quark et l'antiquark forment ensemble des mésons, mais ils peuvent tourner dans des orientations différentes l'un par rapport à l'autre. Ils peuvent également orbiter l'un autour de l'autre de diverses manières. Ils peuvent également avoir d'autres dynamiques funky en cours, par exemple, degrés de liberté gluoniques excités. Quand on calcule la théorie, nous pouvons commencer à voir les différents types de mésons que vous pouvez avoir et comment toutes ces différentes dynamiques se réunissent pour nous donner les particules que nous voyons dans nos expériences. »

la thèse de Woss, "La diffusion des hadrons en rotation à partir du réseau QCD, " discute de ses efforts pour contribuer à une sorte de tableau périodique des hadrons - qu'est-ce qu'il y a et combien, leurs propriétés, si les expérimentateurs en voient que les théoriciens ne voient pas, et vice versa.

QCD en treillis, ou chromodynamique quantique sur réseau, est une approche standard en physique pour calculer la CDQ et étudier les propriétés des hadrons.

L'objectif de Woss était d'aborder les questions sur le large éventail d'états hadroniques possibles, d'examiner la théorie qui sous-tend la façon dont les choses se collent et de déterminer les propriétés des hadrons qui peuvent apparaître en suivant l'ensemble de règles qui indiquent comment les quarks et les gluons interagissent. En particulier, il s'est concentré sur le calcul des propriétés des hadrons qui peuvent se désintégrer en d'autres hadrons porteurs d'une valeur de « spin » non nulle, une propriété fondamentale des particules subatomiques.

"Beaucoup d'entre eux, nous ne savons pas grand-chose du tout, " Woss a dit. " Ainsi, une expérience pourrait voir quelque chose et dire, 'Hey, nous avons trouvé quelque chose et il semble avoir ces propriétés, ' et une autre expérience pourrait dire, 'Hey, on ne trouve pas ça, nous trouvons autre chose. Et puis la question est, quelle est la bonne image ?"

Pour son travail de doctorat, Woss a exécuté des simulations de superordinateur pour utiliser la QCD sur réseau afin d'examiner les propriétés des particules qui apparaissent dans les expériences de collisionneur à haute énergie.

"Nous essayons de calculer les propriétés de particules uniques qui peuvent se désintégrer en d'autres hadrons avec un spin non nul à partir de la théorie en dehors d'une expérience - en regardant ces hadrons que nous n'avions pas vraiment examinés avec ces calculs théoriques des premiers principes auparavant, " a-t-il dit. " Nous pouvons alors voir ce que cela nous dit sur leurs propriétés et est-ce que cela se marie avec ce que l'expérience a vu. "

Une expérience est en cours au Jefferson Lab maintenant qui se rapporte à l'un de ses calculs de thèse.

"Et c'est vraiment intéressant de voir, avec les nouvelles données provenant de cette expérience, quelle est la précision ou la proximité ou les différences entre ce que la théorie a prédit et l'expérience, " dit Woss. " Y a-t-il autre chose qui se passe ici ou y a-t-il quelque chose que nous ne comprenons pas ? Le résultat théorique a-t-il été réalisé dans les données expérimentales ?"

Dans sa thèse, par exemple, Woss décrit un calcul ambitieux d'une particule particulière, le méson b1.

"Cela a vraiment démontré que les simulations informatiques et le Lattice QCD sont maintenant à un point où nous pouvons poser et répondre à ces questions assez difficiles, des questions difficiles sur les hadrons qui peuvent se désintégrer en d'autres hadrons avec un spin non nul, " dit Woss. " Alors ce que j'espérais avoir fait, et ce que je pense avoir réalisé, a été de pousser le framework QCD sur réseau à un point où il peut vraiment commencer à apporter des réponses à une multitude de hadrons intéressants qui partagent cette propriété - il y en a beaucoup !"

Le prix de thèse JSA, créé en 1999, est financé par le programme du Fonds d'initiatives de Jefferson Science Associates (JSA), que JSA fournit pour soutenir les programmes, initiatives et activités qui favorisent le rayonnement scientifique, et promouvoir la science, missions d'éducation et de technologie de Jefferson Lab et profitent à la communauté des utilisateurs du laboratoire. Il est décerné chaque année pour le meilleur doctorat. thèse sur la recherche liée à la science du Jefferson Lab. Il comprend un 2 $, 500 prix en argent et une plaque commémorative. Les juges pèsent quatre critères :la qualité du travail écrit, la contribution de l'étudiant à la recherche, l'impact des travaux sur le domaine de la physique, et service—comment le travail contribue au Jefferson Lab ou à d'autres expériences.

"C'est un calcul très sophistiqué, le premier du genre, et est une réalisation importante et impressionnante, " a déclaré Will Brooks, président du conseil d'administration de JLUO et chef de groupe expérimental fondateur à l'Universidad Técnica Federico Santa María, Valparaiso, Chili, où il est également professeur.

Woss a effectué trois visites à Newport News de 2017 à 2019 pour consulter des collègues qui font partie de la collaboration sur le spectre des hadrons basée au Jefferson Lab. L'année dernière, il a obtenu son doctorat de l'Université de Cambridge en mathématiques appliquées, en physique théorique et en physique des hautes énergies.

Il a dit qu'il visait une carrière dans l'industrie, peut-être dans le développement de logiciels, où il peut appliquer non seulement son expertise en physique et en calcul intensif, mais aussi son intérêt plus récent pour l'apprentissage automatique et l'intelligence artificielle.

"Il y a beaucoup de parallèles entre la façon dont vous interprétez les données en physique et ce que vous faites dans un contexte plus large, " dit Woss. " Par exemple, à la recherche de modèles, il y a beaucoup de chevauchements. Au cours de la dernière décennie, il y a eu une grande révolution dans la façon dont l'industrie et les scientifiques utilisent les données pour vraiment examiner toutes sortes de problèmes de manière légèrement différente."

Woss a grandi à Worksop, une ville du Nottinghamshire, dans le centre de l'Angleterre, entourée de forêts et de villages miniers. Sa mère est éducatrice spécialisée et son père travaille dans l'industrie du charbon. Il attribue à la fois sa curiosité de longue date à la façon dont les choses fonctionnent et son affinité pour la résolution de problèmes.