Los hadrones son superestrellas esquivas del mundo subatómico, componiendo casi toda la materia visible, y el físico teórico británico Antoni Woss ha trabajado diligentemente con colegas de la Instalación Aceleradora Nacional Thomas Jefferson del Departamento de Energía de EE. UU. para conocerlos mejor.

Ahora, La tesis doctoral de Woss sobre el giro de hadrones le valió el Premio de Tesis de Jefferson Science Associates 2019.

"Es un gran honor. No esperaba esto en absoluto, "dijo Woss, 27. "Es increíble pensar que el trabajo que he estado haciendo, la gente realmente había mirado y reconocido y dicho, 'Esto es realmente útil. Esto realmente está impulsando el tipo de ideas y la dirección en la que queríamos ir '".

Los físicos nucleares se esfuerzan por comprender las propiedades de los hadrones, partículas compuestas subatómicas que se forman cuando los quarks, los Legos del universo, se unen de formas prescritas por gluones, las partículas elementales que llevan la fuerza fuerte.

Tres quarks enlazados, por ejemplo, formar bariones (por ejemplo, protones y neutrones), mientras que los pares de quark y antiquark forman mesones. Pero hay muchas otras combinaciones potenciales.

"Hay formas muy complicadas en las que puedes pensar en unir estos Legos, ", Dijo Woss." Así que el quark y el antiquark juntos forman mesones, pero pueden estar girando en diferentes orientaciones entre sí. También pueden orbitarse entre sí de varias formas. También pueden tener otras dinámicas extravagantes, por ejemplo, grados de libertad gluónica excitados. Cuando calculamos la teoría, podemos comenzar a ver los diferentes tipos de mesones que puede tener y cómo todas estas diferentes dinámicas se unen para darnos las partículas que vemos en nuestros experimentos ".

Tesis de Woss, "La dispersión de hadrones giratorios de Lattice QCD, "analiza sus esfuerzos para contribuir a una especie de tabla periódica de hadrones:qué y cuántos hay, sus propiedades, si los experimentalistas ven algo que los teóricos no ven, y viceversa.

Celosía QCD, o Cromodinámica cuántica de celosía, es un enfoque estándar en física para calcular QCD y estudiar las propiedades de los hadrones.

El objetivo de Woss era abordar preguntas sobre el amplio espectro de posibles estados hadrones, para observar la teoría que sustenta cómo las cosas se unen y resolver las propiedades de los hadrones que pueden aparecer siguiendo el conjunto de reglas que dicen cómo interactúan los quarks y los gluones. En particular, se ha centrado en calcular las propiedades de los hadrones que pueden descomponerse en otros hadrones que tienen un valor de "espín" distinto de cero, una propiedad fundamental de las partículas subatómicas.

"Muchos de ellos de los que realmente no sabemos mucho, ", Dijo Woss." Entonces, un experimento podría ver algo y decir:'Oye, encontramos algo y parece tener estas propiedades, 'y otro experimento podría decir, 'Oye, no encontramos esto, encontramos algo más '. Y luego la pregunta es, ¿cuál es la imagen correcta? "

Por su trabajo de doctorado, Woss realizó simulaciones de supercomputadoras para usar QCD de celosía para examinar las propiedades de las partículas que aparecen en los experimentos de colisionadores de alta energía.

"Estamos tratando de calcular las propiedades de partículas únicas que pueden descomponerse en otros hadrones con espín distinto de cero a partir de la teoría fuera de un experimento, observando estos hadrones que realmente no hemos visto antes con estos cálculos teóricos de primeros principios, ", dijo." Entonces podemos ver lo que eso nos dice sobre sus propiedades y se casa con lo que ha visto el experimento ".

Se está llevando a cabo un experimento en Jefferson Lab que se relaciona con uno de sus cálculos de tesis.

"Y es realmente interesante de ver, con los nuevos datos provenientes de ese experimento, qué tan preciso o qué tan cerca o cuáles son las diferencias entre lo que la teoría ha predicho y el experimento, "Dijo Woss." ¿Hay algo más aquí o hay algo que no entendemos? ¿Se ha realizado el resultado teórico en los datos experimentales? "

En su tesis, por ejemplo, Woss describe un ambicioso cálculo de una partícula en particular, el mesón b1.

"Eso realmente demostró que las simulaciones por computadora y Lattice QCD ahora están en un punto en el que podemos preguntar y responder a estas cosas bastante difíciles, preguntas desafiantes sobre hadrones que pueden descomponerse en otros hadrones con giro distinto de cero, "dijo Woss." Entonces, lo que esperaba haber hecho, y lo que creo que logré, fue empujar el marco QCD de celosía a un punto en el que realmente puede comenzar a aportar respuestas a una gran cantidad de hadrones interesantes que comparten esta propiedad:¡hay muchos de ellos! "

El premio de tesis JSA, establecida en 1999, está financiado por el programa del Fondo de Iniciativas de Jefferson Science Associates (JSA), que JSA proporciona para programas de apoyo, iniciativas y actividades que promueven la divulgación científica, y promover la ciencia, misiones de educación y tecnología de Jefferson Lab y beneficiar a la comunidad de usuarios del laboratorio. Se da cada año para los mejores doctores. tesis sobre investigación relacionada con la ciencia de Jefferson Lab. Incluye $ 2, Premio de 500 en efectivo y una placa conmemorativa. Los jueces sopesan cuatro criterios:la calidad del trabajo escrito, la contribución del estudiante a la investigación, el impacto de la obra en el campo de la física, y servicio:cómo el trabajo contribuye a Jefferson Lab u otros experimentos.

"Es un cálculo muy sofisticado, el primero de su tipo, y es un logro importante e impresionante, "dijo Will Brooks, Presidente de JLUO BOD y líder del grupo experimental fundador de la Universidad Técnica Federico Santa María, Valparaíso, Chile, donde también es profesor.

Woss realizó tres visitas a Newport News de 2017 a 2019 para consultar con colegas que forman parte de la colaboración del espectro de hadrones con sede en Jefferson Lab. El año pasado, obtuvo su doctorado en la Universidad de Cambridge en matemáticas aplicadas y física teórica y física de altas energías.

Dijo que apunta a una carrera en la industria, tal vez en el desarrollo de software, donde pueda aplicar no solo su experiencia en física y supercomputación, pero también su interés más reciente en el aprendizaje automático y la inteligencia artificial.

"Hay muchos paralelismos entre cómo interpretas los datos en física y lo que haces en un contexto más amplio, ", Dijo Woss." Por ejemplo, buscando patrones, hay mucha superposición. En la ultima década, ha habido una gran revolución en la forma en que la industria y los científicos utilizan los datos para analizar realmente todo tipo de problemas de formas ligeramente diferentes ".

Woss creció en Worksop, una ciudad en Nottinghamshire en el centro de Inglaterra rodeada de bosques y pueblos mineros. Su madre es maestra de educación especial y su padre trabaja en la industria del carbón. Él acredita tanto su curiosidad de toda la vida sobre cómo funcionan las cosas como su afinidad por la resolución de problemas.