دکترا ژیت یو جایزه پایان نامه جی جی و نوریکو ساکورای 2024 را برای او به ارمغان آورد.
نیوپورت نیوز – هنگامی که ژیت یو در ژانویه 2023 شروع به نوشتن پایان نامه دکترای خود کرد، این احساس آزاردهنده را داشت که کار خود را به درستی توضیح نمی دهد. تا اوت به صیقل دادن آن ادامه داد. روز بعد از اینکه به او خیانت کرد ازدواج کرد.
یو دکترای خود را دریافت کرد. در فیزیک نظری با انرژی بالا در دانشگاه ایالتی میشیگان با زحماتی که در پایان نامه خود کشید. او همچنین به عنوان همکار فوق دکترا در شتاب دهنده ملی توماس جفرسون وزارت انرژی ایالات متحده به تحقیقات خود ادامه داد.
اکنون، اگر شک و شبهه‌ای وجود داشت، کیفیت پایان‌نامه یو تایید شده است: او جایزه پایان‌نامه جی‌جی و نوریکو ساکورای ۲۰۲۴ در فیزیک ذرات نظری را برای این کار دریافت کرده است.
یو گفت: «احساس شگفت انگیزی است که برنده شدن این جایزه بزرگ است. و من واقعاً مدیون همسرم هستم.
کمیته اجرایی بخش ذرات و میدان‌های APS این جایزه را در سال 2010 برای قدردانی از دانشمندانی که در مراحل اولیه کار خود انجام داده‌اند، ایجاد کرد. این نام از جون جان ساکورای، فیزیکدان و نظریه پرداز ذرات، و همسرش، نوریکو ساکورای، به خاطر نقش او در ایجاد و رشد صندوق جایزه جی جی ساکورای گرفته شده است.
این جایزه در نشست آوریل APS در ساکرامنتو به یو اهدا شد، جایی که او همچنین در مورد کار خود سخنرانی کرد.
کار فارغ التحصیل یو در دانشگاه ایالتی میشیگان با راهنمایی مشاور او، سی.-پی. یوان کار دارای دو بخش است.
حل قسمت داخلی پروتون
بخش اول در سال 2020 آغاز شد، زمانی که او از آزمایشگاه جفرسون بازدید کرد و با معاون مدیر فیزیک نظری و محاسباتی جفرسون، جیانوی کیو، در مرکز تئوری آزمایشگاه، همکاری کرد. در آنجا، یو شروع به کار بر روی محاسبات مربوط به نظریه برهمکنش قوی کرد، که برهمکنش بین کوارک ها و گلوئون ها، ذرات سازنده پروتون ها و نوترون ها را توصیف می کند.
برهمکنش بین کوارک‌ها و گلوئون‌ها مطابق با نامش قوی است – چنان قوی که نظریه‌پردازان نمی‌توانند مستقیماً آن را محاسبه کنند. این امر درک دقیق آنچه در داخل پروتون می‌گذرد، از جمله نحوه آرایش کوارک‌ها و گلوئون‌های تشکیل‌دهنده آن دشوار می‌کند.
برای مطالعه ساختار سه بعدی پیچیده پروتون ها، فیزیکدانان باید به آزمایش روی آورند. یک تکنیک شامل ارسال پرتوی از الکترون‌های شتاب‌دار به یک هدف پروتونی است. گاهی اوقات الکترون با یک کوارک در پروتون بدون شکستن آن برهمکنش می کند.
اگرچه این نوع تعامل نادر است، اما می توان آن را با شتاب دهنده پرتو الکترونی پیوسته آزمایشگاه جفرسون (CEBAF) تولید و اندازه گیری کرد. CEBAF یک مرکز کاربری دفتر علوم DOE است که از کار بیش از 1900 فیزیکدان هسته ای در سراسر جهان پشتیبانی می کند.
فیزیکدانان از داده‌های جمع‌آوری‌شده از این تعامل استفاده می‌کنند تا در مورد آرایش فضایی کوارک‌ها و گلوئون‌ها که به عنوان پارتون‌ها شناخته می‌شوند، با استخراج عباراتی به نام توزیع‌های پارتون تعمیم‌یافته آشنا شوند.
در طول پروژه فارغ التحصیلی، یو با Qu کار کرد تا بررسی کند که چگونه توزیع های پارتون تعمیم یافته را می توان از فرآیندهای پراکندگی الکترون شامل پروتون ها به دست آورد، و او متوجه شد که محدودیت هایی وجود دارد.
یو گفت: «از آنجایی که این فرآیندها بسیار ساده هستند، اطلاعات محدودی به خصوص در مورد وابستگی حرکت طولی پارتون ها ارائه می دهند. کمبود.»
این دو فرآیند جایگزین پرتو الکترونی با نوع متفاوتی از پرتو ذرات می‌شوند. یکی با پرتو پیون به پروتون برخورد می کند و دیگری از پرتو فوتون استفاده می کند. هر دو پروتون را دست نخورده باقی می گذارند.
یو نشان داد که اگر زوایای پراکندگی ذرات حالت نهایی برای این فرآیندها به طور دقیق اندازه گیری شود، آنها می توانند اطلاعات بیشتری در مورد ساختار پارتون 3 بعدی داخلی پروتون نسبت به فرآیندهای پراکندگی الکترون ارائه دهند.
فیزیک جدید از طریق هواپیمای جت
در بخش دوم پایان نامه یو، او توجه خود را به اسپین، یک ویژگی اساسی ذرات بنیادی، و اینکه چگونه می تواند به محققان در جستجوی فیزیک فراتر از مدل استاندارد کمک کند، معطوف کرد.
برخورد دهنده بزرگ هادرون (LHC) در سرن در سوئیس، پروتون ها را به هم می کوبد تا به دنبال فیزیک جدید (در میان اسرار دیگر) باشد. وقتی کوارک‌ها و گلوئون‌ها در این برخوردهای پرانرژی تولید می‌شوند، جت‌هایی از ذرات دیگر را تشکیل می‌دهند، زیرا نمی‌توانند به تنهایی وجود داشته باشند.
هنگام بررسی داده‌های LHC مربوط به این جت‌ها، یو متوجه شد که وقتی گلوئون‌ها عمود بر جهت حرکت خود می‌چرخند، که به عنوان قطبش خطی شناخته می‌شود، این بر جت دنباله‌ای که ایجاد می‌کنند تأثیر می‌گذارد. جت به جای گرد بودن، در جهت چرخش ذره اصلی خود صاف می شود.
یو گفت: «من پیشنهاد کردم که بتوانیم این مسطح بودن را اندازه گیری کنیم و آن را به گلوئون اصلی برسانیم تا به فیزیک جدید برسیم.»
این امکان وجود دارد که برهمکنش های پروتون-پروتون در LHC، که شامل فیزیک جدید می شود، باعث شود که گلوئون های حاصل از این برخوردها قطبی شدن خطی داشته باشند. اگر این درست باشد، هواپیمای جت، هم اندازه و هم جهت آن، می‌تواند به‌عنوان نشانه‌ای برای فیزیک جدید مورد استفاده قرار گیرد و راه دیگری برای علامت‌گذاری برخوردها در دریای وسیع داده‌های LHC ارائه دهد.
علاوه بر این، یو متوجه شد که چگونه چرخش یک ذره دیگر می تواند به فیزیک جدید منجر شود. یکی از شش نوع کوارک، کوارک بالایی، سنگین ترین ذره بنیادی است. این باعث می شود فیزیکدانان بر این باور باشند که کوارک بالا ممکن است با فیزیک جدید مرتبط باشد.
برخلاف سایر انواع کوارک ها، کوارک بالایی مستقیماً فواره های ذرات تولید نمی کند. در عوض، به طور تمیز به دو ذره دیگر تجزیه می شود: یک کوارک پایین و یک بوزون W. بوزون W می‌تواند بیشتر به دو کوارک تبدیل شود که سپس با کوارک پایینی جت‌هایی تشکیل می‌دهند. اگر کوارک بالایی بسیار سریع حرکت کند، سه فواره ای که در اثر فروپاشی آن به وجود آمده اند، نزدیک به هم قرار می گیرند و شبیه یک جت بزرگ چربی به نظر می رسند.
یو توضیح داد که چگونه بوزون های W ایجاد شده توسط واپاشی کوارک بالا می توانند قطبش خطی نیز داشته باشند، که می تواند یک زیرساخت مسطح مشابه را در جت کوارک بالای چربی ایجاد کند و به عنوان یک سیگنال بالقوه برای فیزیک جدید مرتبط با کوارک بالا عمل کند.
این جت‌های قابل مشاهده جدید، و همچنین فرآیندهای ارائه شده در بخش اول تز یو، به آزمایش‌ها و تحلیل‌های آینده در مورد مطالعه فیزیک فراتر از مدل استاندارد و ساختار پروتون کمک خواهند کرد.
یو به عنوان یک دانشجوی فوق دکترا در آزمایشگاه جفرسون، به کار بر روی محاسبات مربوط به نیروی قوی در مرکز تئوری آزمایشگاه ادامه می دهد. او امیدوار است که کار او در نهایت به درک ما از جهان در کوچکترین مقیاس کمک کند.
توسط کریس پاتریک
مخاطب: کندیس کارتر، دفتر ارتباطات آزمایشگاه جفرسون، [email protected]