Hádrons são superestrelas indescritíveis do mundo subatômico, constituindo quase toda a matéria visível, e o físico teórico britânico Antoni Woss trabalhou diligentemente com colegas do Thomas Jefferson National Accelerator Facility do Departamento de Energia dos EUA para conhecê-los melhor.

Agora, A tese de doutorado de Woss sobre spinning hadrons rendeu-lhe o Prêmio Jefferson Science Associates Thesis 2019.

"É uma grande honra. Eu não esperava por isso, "disse Woss, 27. "É incrível pensar que o trabalho que eu tenho feito, as pessoas realmente olharam, reconheceram e disseram:'Isso é muito útil. Isso está realmente impulsionando o tipo de ideias e a direção que queríamos ir. '"

Os físicos nucleares se esforçam para compreender as propriedades dos hádrons, partículas subatômicas compostas que se formam quando os quarks - os Legos do universo - são unidos de maneiras prescritas pelos glúons, as partículas elementares que carregam a força forte.

Três quarks ligados, por exemplo, formam bárions (por exemplo, prótons e nêutrons), enquanto os pares de quark e antiquark formam mésons. Mas existem muitas outras combinações possíveis.

"Existem maneiras muito complicadas em que você pode pensar em colar esses Legos juntos, "Woss disse." Então o quark e o antiquark juntos formam mesons, mas eles podem estar girando em orientações diferentes um em relação ao outro. Eles também podem orbitar um ao outro de várias maneiras. Eles também podem ter alguma outra dinâmica funky acontecendo, por exemplo, graus gluônicos de liberdade excitados. Quando calculamos a teoria, podemos começar a ver os diferentes tipos de mésons que você pode ter e como todas essas dinâmicas diferentes se unem para nos dar as partículas que vemos em nossos experimentos. "

A tese de Woss, "The Scattering of Spinning Hadrons from Lattice QCD, "discute seus esforços para contribuir com uma espécie de tabela periódica para hádrons - quais e quantos existem, suas propriedades, se os experimentalistas estão vendo algo que os teóricos não estão, e vice versa.

Lattice QCD, ou Lattice Quantum Chromodynamics, é uma abordagem padrão em física para calcular QCD e estudar as propriedades dos hádrons.

O objetivo de Woss era abordar questões sobre o amplo espectro de possíveis estados de hádron, para olhar para a teoria que sustenta como as coisas se unem e trabalham as propriedades dos hádrons que podem aparecer seguindo o conjunto de regras que dizem como quarks e glúons interagem. Em particular, ele se concentrou no cálculo das propriedades dos hádrons que podem se decompor em outros hádrons que carregam um valor diferente de zero de 'spin' - uma propriedade fundamental das partículas subatômicas.

"Sobre muitos deles, não sabemos muito, "Woss disse." Então, um experimento pode ver algo e dizer:'Ei, encontramos algo e parece ter essas propriedades, 'e outro experimento pode dizer, 'Ei, nós não encontramos isso, encontramos outra coisa. ' E então a questão é, qual é a imagem certa? "

Para seu trabalho de doutorado, Woss executou simulações de supercomputador para usar a rede QCD para examinar as propriedades das partículas que aparecem em experimentos com colisor de alta energia.

"Estamos tentando calcular propriedades de partículas únicas que podem decair em outros hádrons com spin diferente de zero da teoria fora de um experimento - olhando para esses hádrons que realmente não examinamos com esses cálculos teóricos de primeiros princípios antes, ", disse ele." Podemos então ver o que isso nos diz sobre suas propriedades e se casa com o que o experimento viu. "

Um experimento está em andamento no Jefferson Lab agora que se relaciona a um dos cálculos de sua tese.

"E é muito interessante ver, com os novos dados provenientes desse experimento, quão preciso, quão próximo ou quais são as diferenças entre o que a teoria previu e o experimento, "Woss disse." Há mais alguma coisa acontecendo aqui ou há algo que não entendemos? O resultado teórico foi realizado nos dados experimentais? "

Em sua tese, por exemplo, Woss descreve um cálculo ambicioso de uma partícula particular, o mesão b1.

"Isso realmente demonstrou que as simulações de computador e o Lattice QCD agora estão em um ponto em que podemos perguntar e responder a essas difíceis, questões desafiadoras sobre os hádrons que podem se decompor em outros hádrons com spin diferente de zero, "disse Woss." Então, o que eu esperava ter feito, e o que acho que consegui, foi empurrar a estrutura QCD da rede a um ponto em que ela pode realmente começar a contribuir com respostas para uma série de hádrons interessantes que compartilham essa propriedade - há muitos deles! "

O Prêmio de Tese JSA, estabelecido em 1999, é financiado pelo programa Jefferson Science Associates (JSA) Initiatives Fund, que a JSA fornece para apoiar programas, iniciativas e atividades que promovam o alcance científico, e promover a ciência, missões de educação e tecnologia do Jefferson Lab e beneficiar a comunidade de usuários do laboratório. É concedido a cada ano para o melhor Ph.D. tese de pesquisa relacionada à ciência do Jefferson Lab. Inclui $ 2, Prêmio 500 em dinheiro e uma placa comemorativa. Os juízes avaliam 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 contribui para o Jefferson Lab ou outros experimentos.

“É um cálculo muito sofisticado, O primeiro de sua espécie, e é uma conquista importante e impressionante, "disse Will Brooks, Presidente do JLUO BOD e líder do grupo experimental fundador da Universidade Técnica Federico Santa María, Valparaíso, Chile, onde ele também é professor.

Woss fez três visitas a Newport News de 2017 a 2019 para consultar colegas que fazem parte da colaboração do espectro hadron com base no Jefferson Lab. Ano passado, ele obteve seu doutorado na Universidade de Cambridge em matemática aplicada e física teórica e física de alta energia.

Ele disse que almeja uma carreira na indústria, talvez no desenvolvimento de software, onde ele pode aplicar não apenas sua experiência em física e supercomputação, mas também seu interesse mais recente em aprendizado de máquina e inteligência artificial.

"Existem muitos paralelos entre a forma como você interpreta os dados na física e o que você faz em um contexto mais amplo, "Woss disse." Por exemplo, procurando padrões - há muitas sobreposições. Na última década, houve uma grande revolução na forma como a indústria e os cientistas estão usando os dados para realmente examinar todos os tipos de problemas de maneiras ligeiramente diferentes. "

Woss cresceu em Worksop, uma cidade em Nottinghamshire, no centro da Inglaterra, cercada por bosques e vilas de mineração. Sua mãe é professora de educação especial e seu pai trabalha na indústria do carvão. Ele credita a curiosidade de toda a vida sobre como as coisas funcionam e sua afinidade com a solução de problemas.