مطالعه الکساندر دیور، دانشمند آزمایشگاه جفرسون در مورد ساختار چرخشی نوکلئون، به او کمک هزینه APS را می دهد.
نیوپورت نیوز، ویرجینیا – الکساندر دور کار خود را صرف مطالعه ساختار چرخشی اسرارآمیز نوکلئون کرده است – که همچنین یکی از ماموریت های اصلی شتاب دهنده ملی توماس جفرسون وزارت انرژی ایالات متحده است، جایی که دور نزدیک به 20 سال در آن دانشمند بوده است.
اسپین یک ذره یکی از ویژگی های بنیادی آن است، مانند جرم یا بار الکتریکی آن، و فیزیکدانان مدت هاست تلاش کرده اند تا دینامیک موجود در پشت اسپین ذرات ساخته شده از کوارک ها، مانند پروتون، یا چیزی که آنها را “اسپین” می نامند، درک کنند. پازل.”
دور گفت: “درک این معما به ما اطمینان می دهد که کرومودینامیک کوانتومی (QCD) را درک می کنیم، زیرا QCD نظریه ای است که به ما می گوید کوارک ها و گلوئون ها چگونه رفتار می کنند. همچنین، نوکلئون یک عنصر کلیدی در دنیای اطراف ما است، بنابراین درک آن مهم است.
دهه‌ها تحقیق در اتاق‌های آزمایشی آزمایشگاه جفرسون به دیور کمک کرد تا چندین قطعه از این پازل را کنار هم بگذارد و او افتخار نادر انتخاب شدن به عضویت انجمن فیزیک آمریکا را به دست آورد.
بورسیه APS آن دسته از اعضایی را که در تحقیقات فیزیک یا نوآوری های قابل توجهی در کاربرد فیزیک در علم و فناوری پیشرفت کرده اند، به رسمیت می شناسد. دور به عنوان “راهنمای علمی برای مطالعات تجربی ساختار اسپین نوکلئون در رژیم قوی QCD” ذکر شد.
دور گفت که از اینکه توسط همتایان حرفه ای خود نامزد شده و توسط شورای APS انتخاب شده است سپاسگزار و خوشحال است.
او گفت: «همچنین به من یادآوری کرد که چقدر خوش شانس بودم که با همکاران با استعداد و مهربانی که بیشتر تحقیقاتی را انجام دادند که توسط این نامزدی کمک هزینه تحصیلی به رسمیت شناخته شد، کار کردم.
دور چند تن از این همکاران را به دلیل مشارکت‌های مهم تحقیقاتی‌شان، از جمله ولکر بورکرت، جیان-پینگ چن و اندرو ام. ساندورفی از آزمایشگاه جفرسون، استنلی برادسکی از آزمایشگاه ملی شتاب‌دهنده DOE SLAC در دانشگاه استنفورد، گوردون کیتس و شیائوچائو ژنگ از دانشگاه معرفی کرد. از ویرجینیا در شارلوتزویل، گای اف. دو تراموند در دانشگاه کاستاریکا و سباستین کوهن در دانشگاه اولد دومینیون در نورفولک.
چرخش و تقارن
نوکلئون یک پروتون یا نوترون است که از کوارک های متصل به گلوئون تشکیل شده است که همگی با هم ترکیب می شوند و به نوکلئون اسپین می دهند.
دیور گفت: «چرخش ذره یک ویژگی بسیار مفید برای کمک به تحقیق است و آنچه ما در آزمایشگاه انجام می دهیم نمونه ای از آن است. “اما این یک عنصر اساسی در جهان ما نیز هست. در واقع، چرخش کلید تنوع شگفت انگیز جهان است.
همه ذرات بنیادی ماده، مانند کوارک ها و الکترون ها، دارای اسپین ½ هستند (که در واحدهای ثابت پلانک اندازه گیری می شود)، به همین دلیل است که ماده به خودی خود فرو نمی ریزد.
ذراتی که چهار نیروی بنیادی طبیعت را تشکیل می دهند – نیروی هسته ای قوی، نیروی هسته ای ضعیف، الکترومغناطیس و گرانش – دارای اسپین عدد صحیح 1 یا 2 هستند. نیروی دیگری که برای تحقیقات آزمایشگاه جفرسون مهم است، نیروی ظهوری است که هسته ها را به هم متصل می کند. با هم (معروف به یوکاوا) دارای اسپین 0 است.
وقتی یک نیرو دارای اسپین یکنواخت 0 یا 2 باشد، نیروی جذابی است که مسئول هسته های پایدار، ستارگان درخشان و ساختاری است که در جهان می بینیم.
وقتی اسپین نیرو فرد یا 1 باشد، نیرو بین بارهای مشابه دافعه و بین بارهای مخالف جاذبه دارد. این چیزی است که به اتم های خنثی و شیمی که اساس خود زندگی است اجازه می دهد.
دور گفت: «بنابراین اغراق کردن اهمیت چرخش سخت است. “این جهان ما را شکل می دهد.”
برای مطالعه این چرخش می‌توان از تسهیلات شتاب‌دهنده پرتو الکترونی پیوسته آزمایشگاه جفرسون (CEBAF)، یک مرکز کاربر دفتر علوم DOE استفاده کرد. این مطالعه را با انفجار نوکلئون با یک پرتو الکترونی و قرار دادن آن در معرض میدان الکترومغناطیسی الکترون‌ها ممکن می‌سازد. این امر حرکت و آرایش کوارک‌ها و گلوئون‌ها را در داخل نوکلئون مختل می‌کند، که به نوبه خود یا باعث می‌شود اسپین آن تاب بخورد (اگر انرژی پرتو کم باشد) یا کوارک‌ها و گلوئون‌هایی که آن را تولید می‌کنند (اگر انرژی پرتو زیاد باشد) را بررسی می‌کند. در هر دو مورد ما در مورد منشاء اسپین نوکلئون می آموزیم.
تحقیقات شناسایی شده توسط APS شامل مطالعه نوکلئون در انرژی های پرتو بالا، متوسط و پایین برای مشاهده چگونگی تغییر خواص ذره با سطوح مختلف انرژی، از حوزه کوارک ها و گلوئون ها تا حوزه دید جهانی بود.
دور گفت: “این جنبه اصلی کاری است که ما انجام می دهیم.” اینجا در آزمایشگاه جفرسون، ما یاد می‌گیریم که چگونه تعامل قوی زمانی که واقعا قوی می‌شود، کار می‌کند. ما همچنین عملکرد درونی نوکلئون را مطالعه می کنیم.
“آموزش مشترک” نیز وجود دارد: طبیعت اغلب دستور العمل های مشابه را دوباره استفاده می کند، بنابراین همانطور که در مورد نیروی قوی یاد می کنم، در مورد دیگران و سایر جنبه های جذاب جهان نیز یاد می کنم.
ماهیت دستور العمل در حال استفاده – تا جایی که در حال حاضر با اطمینان می توانیم بگوییم – نظریه اندازه گیری است و تصویر رضایت بخشی را ارائه می دهد زیرا در نهایت یک پاسخ ساده و زیبا است: چرا سیب می افتد یا آهنربا به یخچال بچسب، و همه اینها، چه چیزی باعث حرکت جهان می شود؟ به خاطر نیروها. اما چه چیزی باعث نیروها می شود؟ این تبادل بین تکه‌های ماده ذرات بنیادی با اسپین‌های کامل – فوتون‌ها، گلوئون‌ها، گراویتون‌ها است. اما اینها از کجا می آیند؟ از این که باید به تقارن های طبیعی کیهان احترام بگذاریم.
نظریه گیج هم مکانیک کوانتومی و هم نظریه نسبیت خاص آلبرت انیشتین را در بر می گیرد و بخشی از مدل استاندارد فیزیک ذرات است.
پاسخ به سوالات بزرگ
دور در سال 1973 در فرانسه به دنیا آمد و از طریق تمایل طبیعی که تحت تأثیر خانواده بود به فیزیک آمد. خانواده او شامل تعدادی مهندس و افراد علاقه مند علمی است. پدرش یک مهندس محقق بود که همچنین فیزیک عمومی می خواند و از بحث در مورد علم با پسر کوچکش لذت می برد.
زمانی که در مدرسه راهنمایی بود، Deur شرح محبوبی از کارهای انیشتین خواند و بعدها در مورد پدیده های کوانتومی خواند.
دور گفت: «من مشتاق درک این اسرار آشکار بودم.
در حالی که فیزیک، زیست شناسی و شیمی به طور کاملاً شهودی به سراغ او آمدند، چالش فکری بزرگ‌تری که او احساس می‌کرد فیزیک ارائه می‌کرد، او را متقاعد کرد که آن را در کالج و به عنوان یک حرفه دنبال کند.
دور گفت: “من علاقه مندم ببینم که چگونه به زیبایی چیزهای اساسی اطراف ما و فراتر از آن را توضیح می دهد.” “این احساس کمی شبیه نگاه کردن به ستاره ها در شب است. ما احساس کوچکی می کنیم اما به یک تصویر بسیار بزرگ متصل هستیم. این حس شگفتی و هیبت را ایجاد می کند، و ما می خواهیم آن را کشف کنیم. فیزیک همینطوره همچنین به سه سوال بزرگ چشم انداز می دهد: از کجا آمده ایم؟ ما چی هستیم؟ کجا داریم می رویم؟ از وقتی که فیزیک یاد گرفتم دیگر نگران این سوالات نیستم.
دور اولین بار در سال 1997 به عنوان دستیار تحقیقاتی فارغ التحصیل به آزمایشگاه جفرسون رسید و از طریق “همکاری بین المللی” – مانند تحقیق در یک آزمایشگاه خارجی، خدمت اجباری در ارتش فرانسه را انجام داد. پس از سه سال به فرانسه بازگشت و دکترای فیزیک هسته ای را از دانشگاه بلز پاسکال گرفت و با درجه ممتاز فارغ التحصیل شد. او تجربه تحقیقاتی خود را در آزمایشگاه جفرسون به خاطر تکمیل یک برنامه دکتری معمولی سه ساله تنها در 10 ماه می داند.
از سال 2000 تا 2003، او ابتدا به عنوان پژوهشگر فوق دکترا و سپس به عنوان محقق در UVa مشغول به کار شد و در آزمایشگاه SLAC و Jefferson Lab کار کرد. در سال 2004 به عنوان همکار پژوهشی به آزمایشگاه جفرسون پیوست.
نوشته تامارا دیتریش
مخاطب: کندیس کارتر، دفتر ارتباطات آزمایشگاه جفرسون، 7263-269-757، kcarter@jlab.org
