Os físicos nucleares mediram com sucesso a carga fraca do próton disparando elétrons contra um alvo de hidrogênio líquido frio em um experimento realizado no Thomas Jefferson National Accelerator Facility do Departamento de Energia. Chamado de Q-fraco, o experimento de precisão apresentou muitos desafios técnicos para os físicos resolverem para sua conclusão bem-sucedida.

Uma variável potencialmente confusa era o próprio alvo de hidrogênio líquido frio. O sistema de destino foi projetado especificamente para Q-fraco, com o cuidado de construir um sistema que pudesse manter o hidrogênio frio, mesmo enquanto ele estava sendo bombardeado por um feixe implacável, mas preciso de elétrons em rotação.

Os físicos tiveram até de considerar o impacto que o recipiente de alumínio que continha o hidrogênio teria sobre o resultado. Por sua parte na solução deste desafio técnico e pela tese que escreveu sobre esses esforços, Kurtis Bartlett recebeu o Prêmio de Tese da Jefferson Science Associates 2018.

A carga fraca do próton descreve o quanto a força fraca, uma das quatro forças fundamentais do universo, atua sobre o próton.

"Sondando o próton com um elétron através da força fraca, permite que você realmente meça a carga fraca, "Bartlett disse.

Mas, como o nome indica, a força fraca é, Nós vamos, fraco. Os elétrons são muito mais propensos a interagir com os prótons por meio da força eletromagnética, outra força fundamental.

Felizmente, a força fraca tem um marcador único:ela viola uma simetria universal chamada paridade. Um processo que conserva a simetria de paridade ocorre com a mesma probabilidade de sua imagem no espelho. A força fraca exibe assimetria para transformações de paridade.

"Medir essa assimetria dá acesso à força fraca, "Bartlett disse." No entanto, é muito difícil de fazer no laboratório - é um tipo de operação matemática. "

Em vez de, Q-fraco usou um substituto para a transformação de paridade. Antes que os elétrons fossem acelerados, eles foram polarizados para que todos girassem na mesma direção do feixe, ou a direção oposta do feixe.

Como a força eletromagnética conserva a simetria de paridade, ele interage da mesma maneira com os elétrons girando em qualquer direção. Mas porque a força fraca viola a simetria de paridade, ele interage mais com os elétrons girando em uma direção. Os físicos são capazes de explorar essa diferença para obter uma medida da carga fraca do próton.

Alcançando essa medição, Contudo, não era tão simples. No experimento, uma pequena fração de elétrons que os físicos medem nunca atingiu o alvo de hidrogênio. Em vez de, alguns elétrons se espalharam pelo recipiente de alumínio que continha o hidrogênio, que contaminou o sinal de força fraca que os físicos estavam tentando medir.

Foi aí que Bartlett entrou. Sua tarefa era minimizar a contaminação do sinal determinando quanto do sinal medido veio do recipiente de alumínio.

"Passei pelo processo de compreensão de como corrigir nossos valores medidos, "disse Bartlett.

Para fazer isso, O Q-fraco removeu o alvo de hidrogênio para algumas execuções, substituindo-o por um pedaço de alumínio idêntico ao recipiente. Então, Q-fraco novamente disparou elétrons polarizados no alvo, exceto em vez de medir a assimetria de paridade usando um próton de hidrogênio, Bartlett mediu a assimetria de paridade usando um núcleo de alumínio.

"É a primeira vez que esse tipo de assimetria é medido, o que é uma coisa muito empolgante, " ele disse.

Bartlett trabalhou em sua tese, "Primeiras medições das assimetrias de spin único de violação de paridade e normal de feixe na dispersão elástica de elétron-alumínio, "no Jefferson Lab enquanto fazia seu Ph.D. em física nuclear experimental na William &Mary. Seu orientador de tese foi Wouter Deconinck, um professor assistente de física na William &Mary que também trabalhou no experimento Q-fraco.

Bartlett apresentou seu trabalho de tese ao Conselho de Diretores da Organização de Usuários do Jefferson Lab, que supervisionam o processo de premiação do Prêmio de Tese JSA. Os usuários são cientistas dos Estados Unidos e de todo o mundo que conduzem experimentos de física nuclear fundamental com as instalações e recursos de pesquisa do Jefferson Lab.

"Fiquei animado com a notícia de que ganhei, e estou muito honrado em recebê-lo, "Bartlett disse." Embora eu tenha recebido este prêmio por minha dissertação, é muito mais um esforço de grupo, e quero destacar que o Q-fraco como um todo envolveu muitos cientistas, engenheiros, técnicos e administrativos para fazer tudo. "

O Prêmio de Tese JSA é concedido anualmente para o melhor Ph.D. tese de estudante sobre pesquisa relacionada à ciência do Jefferson Lab, e inclui $ 2, Prêmio 500 em dinheiro e uma placa comemorativa. As nomeações são julgadas com base em quatro critérios:a qualidade do trabalho escrito, a contribuição do aluno para a pesquisa, o impacto do trabalho no campo da física, e serviço (como o trabalho beneficia o Jefferson Lab ou outros experimentos).

A Southeastern Universities Research Association estabeleceu o JSA Thesis Prize em 1999. É agora um dos muitos projetos apoiados pelo JSA Initiatives Fund Program, que foi estabelecido pela Jefferson Science Associates para apoiar programas, iniciativas e atividades que promovam o alcance científico, e promover a ciência, missões de educação e tecnologia do Jefferson Lab de maneiras que complementem seu foco de pesquisa básica e aplicada.

"Os alunos de pós-graduação são a força motriz de qualquer empreendimento de pesquisa, portanto, a Organização de Usuários do Jefferson Lab tem o orgulho de distribuir o preço da tese novamente este ano. Agradecemos a JSA por fornecer suporte para este prêmio, "disse Julie Roche, a cadeira JLUO 2018-2019 e professor da Universidade de Ohio. "Como sempre, as teses apresentadas eram de altíssima qualidade e tornavam a escolha do vencedor um desafio e tanto. Quero agradecer ao comitê de seleção liderado pelo professor Kent Paschke da Universidade da Virgínia por seu exame cuidadoso das inscrições. No fim, estamos muito satisfeitos em reconhecer o trabalho de Kurtis. "

Bartlett é atualmente um associado de pesquisa de pós-doutorado para o Grupo de Ciência Espacial e Aplicação no Laboratório Nacional de Los Alamos do DOE, onde desenvolve detectores de espaçonaves que medem a radiação para ajudar a determinar a composição dos corpos planetários.

"Embora eu esteja desenvolvendo hardware agora, Ainda estou usando o conjunto de habilidades desenvolvido em minha pesquisa de dissertação, "Bartlett disse.