Gli adroni sono superstar sfuggenti del mondo subatomico, che compongono quasi tutta la materia visibile, e il fisico teorico britannico Antoni Woss ha lavorato diligentemente con i colleghi della Thomas Jefferson National Accelerator Facility del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti per conoscerli meglio.

Ora, La tesi di dottorato di Woss sugli adroni rotanti gli è valsa il Jefferson Science Associates Thesis Prize 2019.

"È un grande onore. Non me lo aspettavo affatto, " disse Woss, 27. "È semplicemente fantastico pensare che il lavoro che stavo facendo, la gente aveva davvero guardato e riconosciuto e aveva detto, 'Questo è davvero utile. Questo sta davvero spingendo avanti il ​​tipo di idee e la direzione che volevamo andare.'"

I fisici nucleari si sforzano di comprendere le proprietà degli adroni, particelle composite subatomiche che si formano quando i quark - i Lego dell'universo - sono legati insieme in modi prescritti da gluoni, le particelle elementari che trasportano la forza forte.

Tre quark legati, ad esempio, formare barioni (ad esempio protoni e neutroni), mentre le coppie di quark e antiquark formano mesoni. Ma ci sono molte altre potenziali combinazioni.

"Ci sono modi molto complicati in cui puoi pensare di mettere insieme questi Lego, " disse Woss. "Quindi il quark e l'antiquark insieme formano mesoni, ma possono ruotare con orientamenti diversi l'uno rispetto all'altro. Possono anche orbitare tra loro in vari modi. Potrebbero anche avere altre dinamiche funky in corso, ad esempio, gradi di libertà gluonici eccitati. Quando calcoliamo la teoria, possiamo iniziare a vedere i diversi tipi di mesoni che puoi avere e come tutte queste diverse dinamiche si uniscono per darci le particelle che vediamo nei nostri esperimenti".

tesi di Woss, "La dispersione degli adroni rotanti da Lattice QCD, " discute i suoi sforzi per contribuire a una sorta di tavola periodica per gli adroni:cosa e quanti ce ne sono, le loro proprietà, se gli sperimentali vedono qualcosa che i teorici non vedono, e viceversa.

Lattice QCD, o Cromodinamica quantistica reticolare, è un approccio standard in fisica per calcolare la QCD e studiare le proprietà degli adroni.

L'obiettivo di Woss era quello di affrontare le domande sull'ampio spettro di possibili stati di adroni, per esaminare la teoria che sta alla base del modo in cui le cose si uniscono e calcolare le proprietà degli adroni che possono apparire seguendo l'insieme di regole che dicono come interagiscono quark e gluoni. In particolare, si è concentrato sul calcolo delle proprietà degli adroni che possono decadere in altri adroni che portano un valore di "spin" diverso da zero, una proprietà fondamentale delle particelle subatomiche.

"Molti di loro non ne sappiamo davvero molto, " Woss ha detto. "Quindi un esperimento potrebbe vedere qualcosa e dire, 'Hey, abbiamo trovato qualcosa e sembra avere queste proprietà, ' e un altro esperimento potrebbe dire, 'Hey, non troviamo questo, troviamo qualcos'altro.' E poi la domanda è, qual è la foto giusta?"

Per il suo lavoro di dottorato, Woss ha eseguito simulazioni al supercomputer per utilizzare il QCD reticolare per esaminare le proprietà delle particelle che appaiono negli esperimenti con collisore ad alta energia.

"Stiamo cercando di calcolare le proprietà di particelle uniche che possono decadere in altri adroni con spin diverso da zero dalla teoria al di fuori di un esperimento, osservando questi adroni che non abbiamo mai esaminato con questi calcoli teorici sui primi principi prima, " ha detto. "Possiamo quindi vedere cosa ci dice sulle loro proprietà e si sposa con ciò che l'esperimento ha visto".

Al Jefferson Lab è in corso un esperimento che riguarda uno dei suoi calcoli di tesi.

"Ed è davvero interessante vedere, con i nuovi dati provenienti da quell'esperimento, quanto sono accurati o vicini o quali sono le differenze tra ciò che la teoria ha previsto e l'esperimento, " Woss ha detto. "C'è qualcos'altro qui o c'è qualcosa che non capiamo? Il risultato teorico è stato realizzato nei dati sperimentali?"

Nella sua tesi, ad esempio, Woss descrive un calcolo ambizioso di una particolare particella, il mesone b1.

"Ciò ha davvero dimostrato che le simulazioni al computer e Lattice QCD ora sono a un punto in cui possiamo chiedere e rispondere a queste domande piuttosto difficili, domande impegnative sugli adroni che possono decadere in altri adroni con spin diverso da zero, " disse Woss. "Quindi quello che speravo di aver fatto, e quello che penso di aver ottenuto, è stato spingere il framework QCD reticolare a un punto in cui può davvero iniziare a fornire risposte a tutta una serie di adroni interessanti che condividono questa proprietà:ce ne sono un sacco!"

Il premio di tesi JSA, istituito nel 1999, è finanziato dal programma Jefferson Science Associates (JSA) Initiatives Fund, che JSA fornisce per supportare i programmi, iniziative e attività che favoriscono la divulgazione scientifica, e promuovere la scienza, missioni educative e tecnologiche di Jefferson Lab e a beneficio della comunità di utenti del laboratorio. Viene assegnato ogni anno per il miglior dottorato di ricerca. tesi sulla ricerca relativa alla scienza del Jefferson Lab. Include $ 2, 500 premi in denaro e una targa commemorativa. I giudici valutano quattro criteri:la qualità del lavoro scritto, il contributo dello studente alla ricerca, l'impatto del lavoro nel campo della fisica, e servizio:come il lavoro contribuisce al Jefferson Lab o ad altri esperimenti.

"È un calcolo molto sofisticato, il primo del suo genere, ed è un traguardo importante e impressionante, " ha detto Will Brooks, Presidente JLUO BOD e fondatore del gruppo sperimentale leader presso l'Universidad Técnica Federico Santa María, Valparaíso, Chile, dove è anche professore.

Woss ha fatto tre visite a Newport News dal 2017 al 2019 per consultarsi con i colleghi che fanno parte della collaborazione sullo spettro degli adroni con sede al Jefferson Lab. L'anno scorso, ha conseguito il dottorato presso l'Università di Cambridge in matematica applicata e fisica teorica e fisica delle alte energie.

Ha detto che punta a una carriera nell'industria, forse nello sviluppo di software, dove può applicare non solo la sua esperienza in fisica e supercalcolo, ma anche il suo più recente interesse per l'apprendimento automatico e l'intelligenza artificiale.

"Ci sono molti paralleli tra il modo in cui si interpretano i dati in fisica e ciò che si fa in un contesto più ampio, " Woss ha detto. "Per esempio, alla ricerca di schemi:ci sono molte sovrapposizioni. Nell'ultima decade, c'è stata una grande rivoluzione nel modo in cui l'industria e gli scienziati utilizzano i dati per esaminare davvero tutti i tipi di problemi in modi leggermente diversi".

Woss è cresciuto a Worksop, una città nel Nottinghamshire, nell'Inghilterra centrale, circondata da boschi e villaggi minerari. Sua madre è un'insegnante di educazione speciale e suo padre lavora nell'industria del carbone. Gli attribuisce sia la sua curiosità per tutta la vita su come funzionano le cose, sia la sua affinità per la risoluzione dei problemi.