Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Fysik

Beregning af hadroner ved hjælp af supercomputere

Antoni Woss er blevet tildelt JSA Thesis Prize i 2019 for at have undersøgt den teori, der ligger til grund for egenskaberne af subatomære partikler, og hvordan de kan henfalde. Kredit:Antoni Woss

Hadroner er undvigende superstjerner i den subatomære verden, udgør næsten alt synligt stof, og den britiske teoretiske fysiker Antoni Woss har arbejdet flittigt med kolleger ved US Department of Energy's Thomas Jefferson National Accelerator Facility for at lære dem bedre at kende.

Nu, Woss 'doktorafhandling om spinning af hadroner har givet ham Jefferson Science Associates Thesis Prize i 2019.

"Det er en massiv ære. Jeg havde slet ikke forventet det her, sagde Woss, 27. "Det er bare fantastisk at tænke på, at det arbejde, jeg havde udført, folk havde virkelig set på og genkendt og sagt:'Dette er virkelig nyttigt. Dette skubber virkelig den slags ideer og den retning, vi ønskede at gå. '"

Kernfysikere bestræber sig på at forstå egenskaberne ved hadroner, subatomære sammensatte partikler, der dannes, når kvarker - universets legoer - bindes sammen på foreskrevne måder af gluoner, elementarpartiklerne, der bærer den stærke kraft.

Tre bundne kvarker, for eksempel, danne baryoner (f.eks. protoner og neutroner), mens kvark og antiquark par danner mesoner. Men der er mange andre potentielle kombinationer.

"Der er meget komplicerede måder, hvorpå du kan tænke på at holde disse legoer sammen, "Woss sagde." Så kvark og antikværk danner tilsammen mesoner, men de kan snurre i forskellige orienteringer med hensyn til hinanden. De kan også kredser om hinanden på forskellige måder. De kan også have nogle andre funky dynamikker i gang - f.eks. ophidsede gluoniske frihedsgrader. Når vi beregner teorien, vi kan begynde at se de forskellige typer mesoner, du kan have, og hvordan alle disse forskellige dynamikker kommer sammen for at give os de partikler, vi ser i vores eksperimenter. "

Woss 'tese, "Spredningen af ​​spinde Hadroner fra Gitter QCD, "diskuterer hans bestræbelser på at bidrage til en slags periodisk tabel for hadroner - hvad og hvor mange der er, deres egenskaber, hvis eksperimentelle ser nogle, som teoretikere ikke er, og omvendt.

Gitter QCD, eller Gitter Quantum Chromodynamics, er en standard tilgang i fysik til at beregne QCD og studere egenskaberne af hadroner.

Woss 'mål var at tackle spørgsmål om det brede spektrum af mulige hadronstater, at se på den teori, der ligger til grund for, hvordan tingene hænger sammen og udregner egenskaberne til hadronerne, der kan vises efter regelsættet, der siger, hvordan kvarker og gluoner interagerer. I særdeleshed, han har fokuseret på at beregne egenskaberne for hadroner, der kan henfalde til andre hadroner, der bærer en ikke-nul værdi af 'spin'-en grundlæggende egenskab ved subatomære partikler.

"Mange af dem ved vi slet ikke ret meget om, "Woss sagde." Så et eksperiment kan se noget og sige:'Hej, vi fandt noget, og det ser ud til at have disse egenskaber, 'og et andet eksperiment kan sige, 'Hej, vi finder ikke dette, vi finder noget andet. ' Og så er spørgsmålet, hvad er det rigtige billede? "

For hans doktorgradsarbejde, Woss kørte supercomputersimuleringer for at bruge gitter QCD til at undersøge egenskaberne af partikler, der forekommer i højenergikolliderforsøg.

"Vi forsøger at beregne egenskaber for unikke partikler, der kan henfalde til andre hadroner med spin uden nul fra teorien uden for et eksperiment-se på disse hadroner, som vi virkelig ikke har set på med disse teoretiske beregninger med de første principper før, "sagde han." Vi kan derefter se, hvad det fortæller os om deres ejendomme og gør det, der matcher det eksperiment har set. "

Et eksperiment er i gang på Jefferson Lab nu, der vedrører en af ​​hans speciale -beregninger.

"Og det er virkelig interessant at se, med de nye data fra det eksperiment, hvor præcis eller hvor tæt eller hvad forskellene er mellem hvad teorien har forudsagt og eksperimentet, "Woss sagde." Er der noget andet, der foregår her, eller er der noget, vi ikke forstår? Er det teoretiske resultat blevet realiseret i de eksperimentelle data? "

I sit speciale, for eksempel, Woss beskriver en ambitiøs beregning af en bestemt partikel, b1 meson.

"Det viste virkelig, at computersimuleringerne og Lattice QCD nu er på et tidspunkt, hvor vi kan spørge og besvare disse ret vanskelige, udfordrende spørgsmål om hadroner, der kan henfalde til andre hadroner med spin uden nul, "sagde Woss." Så hvad jeg håbede at have gjort, og hvad jeg tror jeg nåede, skubbede gitterets QCD -ramme til et punkt, hvor det virkelig kan begynde at bidrage med svar til en lang række interessante hadroner, der deler denne ejendom - der er mange af dem! "

JSA Thesis Prize, oprettet i 1999, er finansieret af programmet Jefferson Science Associates (JSA) Initiatives Fund, som JSA leverer til at understøtte programmer, initiativer og aktiviteter, der fremmer den videnskabelige opsøgning, og fremme videnskaben, uddannelses- og teknologimissioner fra Jefferson Lab og gavne laboratoriets brugerfællesskab. Det gives hvert år til den bedste ph.d. afhandling om forskning relateret til Jefferson Lab videnskab. Det inkluderer en $ 2, 500 kontantpræmie og en mindeplade. Dommerne vejer fire kriterier:kvaliteten af ​​det skrevne arbejde, elevens bidrag til forskningen, værkets indvirkning på fysikområdet, og service - hvordan arbejdet bidrager til Jefferson Lab eller andre eksperimenter.

"Det er en meget sofistikeret beregning, den første af slagsen, og er en vigtig og imponerende bedrift, "sagde Will Brooks, JLUO BOD -formand og grundlægger af eksperimentel gruppeleder på Universidad Técnica Federico Santa María, Valparaíso, Chile, hvor han også er professor.

Woss foretog tre besøg på Newport News fra 2017 til 2019 for at rådføre sig med kolleger, der er en del af hadronspektrumsamarbejdet baseret på Jefferson Lab. Sidste år, han fik sin doktorgrad fra University of Cambridge i anvendt matematik og teoretisk fysik og højenergifysik.

Han sagde, at han sigter mod en karriere inden for industrien - måske inden for softwareudvikling, hvor han ikke kun kan anvende sin fysik og supercomputerkompetence, men også hans nyere interesse for maskinlæring og kunstig intelligens.

"Der er mange paralleller mellem, hvordan du fortolker data i fysik til det, du gør i en bredere kontekst, "Sagde Woss." F.eks. på udkig efter mønstre - der er meget overlapning. I det sidste årti, der har været en stor revolution i, hvordan industrien og forskere bruger data til virkelig at se på alle mulige problemer på lidt forskellige måder. "

Woss voksede op i Worksop, en by i Nottinghamshire i det centrale England omgivet af skovområder og minebyer. Hans mor er speciallærer og hans far arbejder i kulindustrien. Han krediterer både for sin livslange nysgerrighed efter hvordan tingene fungerer og hans affinitet til problemløsning.


Varme artikler