Hadronen zijn ongrijpbare supersterren van de subatomaire wereld, bijna alle zichtbare materie vormen, en de Britse theoretisch fysicus Antoni Woss heeft ijverig samengewerkt met collega's van de Thomas Jefferson National Accelerator Facility van het Amerikaanse ministerie van Energie om ze beter te leren kennen.

Nutsvoorzieningen, Woss' proefschrift over het spinnen van hadronen heeft hem de Jefferson Science Associates Thesis Prize 2019 opgeleverd.

"Het is een enorme eer. Ik had dit helemaal niet verwacht, "zei Wos, 27. "Het is gewoon geweldig om te bedenken dat het werk dat ik deed, mensen hadden echt gekeken en herkend en zeiden:'Dit is echt handig. Dit stimuleert echt het soort ideeën en de richting die we wilden uitgaan.'"

Kernfysici proberen de eigenschappen van hadronen te begrijpen, subatomaire composietdeeltjes die ontstaan ​​wanneer quarks - de Lego's van het universum - op voorgeschreven manieren met elkaar worden verbonden door gluonen, de elementaire deeltjes die de sterke kracht dragen.

Drie gebonden quarks, bijvoorbeeld, baryonen vormen (bijv. protonen en neutronen), terwijl quark- en antiquark-paren mesonen vormen. Maar er zijn nog veel meer mogelijke combinaties.

"Er zijn heel ingewikkelde manieren waarop je kunt bedenken om deze Lego's aan elkaar te plakken, "Zei Woss. "Dus de quark en antiquark vormen samen mesonen, maar ze kunnen in verschillende richtingen ten opzichte van elkaar draaien. Ze kunnen ook op verschillende manieren om elkaar heen draaien. Ze kunnen ook een andere funky dynamiek hebben, bijvoorbeeld opgewonden gluonische vrijheidsgraden. Als we de theorie berekenen, we kunnen beginnen de verschillende soorten mesonen te zien die je kunt hebben en hoe al deze verschillende dynamieken samenkomen om ons de deeltjes te geven die we in onze experimenten zien."

de stelling van Woss, "De verstrooiing van draaiende hadronen van Lattice QCD, " bespreekt zijn inspanningen om bij te dragen aan een soort periodiek systeem voor hadronen - wat en hoeveel er zijn, hun eigenschappen, als experimentatoren sommige zien die theoretici niet zien, en vice versa.

Rooster QCD, of Lattice Quantum Chromodynamica, is een standaardbenadering in de natuurkunde om QCD te berekenen en de eigenschappen van hadronen te bestuderen.

Woss' doel was om vragen te beantwoorden over het brede spectrum van mogelijke hadronstaten, om te kijken naar de theorie die ten grondslag ligt aan hoe dingen aan elkaar plakken en om de eigenschappen uit te werken van de hadronen die kunnen verschijnen volgens de reeks regels die zeggen hoe quarks en gluonen op elkaar inwerken. Vooral, hij heeft zich gericht op het berekenen van de eigenschappen van hadronen die kunnen vervallen in andere hadronen die een niet-nulwaarde van 'spin' dragen - een fundamentele eigenschap van subatomaire deeltjes.

"Veel daarvan weten we eigenlijk helemaal niet, "Zei Woss. "Dus een experiment kan iets zien en zeggen, 'Hallo, we hebben iets gevonden en het lijkt deze eigenschappen te hebben, ' en een ander experiment zou kunnen zeggen:'Hallo, wij vinden dit niet we vinden iets anders.' En dan is de vraag, wat is de juiste foto?"

Voor zijn doctoraatswerk Woss voerde supercomputersimulaties uit om rooster-QCD te gebruiken om de eigenschappen van deeltjes te onderzoeken die voorkomen in experimenten met hoge-energieversnellers.

"We proberen eigenschappen te berekenen van unieke deeltjes die kunnen vervallen in andere hadronen met een niet-nul spin van theorie buiten een experiment - kijkend naar deze hadronen waar we nog niet eerder naar hebben gekeken met deze eerste-principes theoretische berekeningen, " zei hij. "We kunnen dan zien wat dat ons vertelt over hun eigenschappen en komt dat overeen met wat het experiment heeft gezien."

Er loopt nu een experiment bij Jefferson Lab dat betrekking heeft op een van zijn scriptieberekeningen.

"En het is echt interessant om te zien, met de nieuwe gegevens uit dat experiment, hoe nauwkeurig of hoe dichtbij of wat de verschillen zijn tussen wat de theorie heeft voorspeld en het experiment, ' zei Woss. 'Is hier nog iets anders aan de hand of is er iets dat we niet begrijpen? Is het theoretische resultaat gerealiseerd in de experimentele gegevens?"

In zijn proefschrift, bijvoorbeeld, Woss beschrijft een ambitieuze berekening van een bepaald deeltje, het b1-meson.

"Dat heeft echt aangetoond dat de computersimulaties en Lattice QCD nu op een punt zijn waar we deze vrij moeilijk kunnen vragen en beantwoorden, uitdagende vragen over hadronen die kunnen vervallen in andere hadronen met een spin die niet nul is, "zei Woss. "Dus wat ik hoopte te hebben gedaan, en wat ik denk dat ik heb bereikt, was het rooster QCD-raamwerk naar een punt geduwd waarop het echt antwoorden kan gaan geven op een hele reeks interessante hadronen die deze eigenschap delen - er zijn er heel veel!"

De JSA Scriptieprijs, opgericht in 1999, wordt gefinancierd door het Jefferson Science Associates (JSA) Initiatives Fund-programma, die JSA levert ter ondersteuning van programma's, initiatieven en activiteiten die het wetenschappelijke bereik bevorderen, en de wetenschap promoten, onderwijs- en technologiemissies van Jefferson Lab en komen ten goede aan de gebruikersgemeenschap van het laboratorium. Het wordt elk jaar gegeven voor de beste Ph.D. proefschrift over onderzoek gerelateerd aan Jefferson Lab-wetenschap. Het omvat een $ 2, 500 geldprijs en een gedenkplaat. Rechters wegen vier criteria:de kwaliteit van het geschreven werk, de bijdrage van de student aan het onderzoek, de impact van het werk op het gebied van de natuurkunde, en service - hoe het werk bijdraagt ​​aan Jefferson Lab of andere experimenten.

"Het is een zeer geavanceerde berekening, de eerste in zijn soort, en is een belangrijke en indrukwekkende prestatie, " zei Will Brooks, JLUO BOD-voorzitter en oprichter van experimentele groepsleider bij Universidad Técnica Federico Santa María, Valparaíso, Chili, waar hij ook hoogleraar is.

Woss bracht van 2017 tot 2019 drie bezoeken aan Newport News om te overleggen met collega's die deel uitmaken van de samenwerking op het gebied van het hadronspectrum in het Jefferson Lab. Vorig jaar, hij promoveerde aan de Universiteit van Cambridge in toegepaste wiskunde en theoretische natuurkunde en hoge-energiefysica.

Hij zei dat hij een carrière in de industrie nastreeft, misschien in softwareontwikkeling, waar hij niet alleen zijn expertise op het gebied van natuurkunde en supercomputers kan toepassen, maar ook zijn recentere interesse in machine learning en kunstmatige intelligentie.

"Er zijn veel parallellen tussen hoe je gegevens in de natuurkunde interpreteert en wat je doet in een bredere context, " zei Woss. "Bijvoorbeeld, op zoek naar patronen - er is veel overlap. In het laatste decennium, er is een grote revolutie geweest in de manier waarop de industrie en wetenschappers data gebruiken om echt op een iets andere manier naar allerlei problemen te kijken."

Woss groeide op in Worksop, een stad in Nottinghamshire in centraal Engeland, omringd door bossen en mijndorpen. Zijn moeder is lerares in het speciaal onderwijs en zijn vader werkt in de kolenindustrie. Hij schrijft zowel zijn levenslange nieuwsgierigheid naar hoe dingen werken als zijn affiniteit voor het oplossen van problemen.