Newswise — НЬЮПОРТ-НЬС, Вирджиния — Александр Дёр посвятил свою карьеру изучению загадочной спиновой структуры нуклона, что также является одной из основных задач Национального ускорительного комплекса им. Томаса Джефферсона Министерства энергетики США, где Дёр был штатным научным сотрудником почти 20 лет.

Спин частицы является одной из ее основных характеристик, таких как ее масса или электрический заряд, и физики уже давно пытаются понять динамику, лежащую в основе спина частиц, состоящих из кварков, таких как протон, или то, что они называют «загадкой спина». ».

«Понимание этой загадки убедило бы нас в том, что мы понимаем квантовую хромодинамику (КХД), поскольку КХД — это теория, которая рассказывает нам, как ведут себя кварки и глюоны», — сказал Деур. «Кроме того, нуклон является ключевым компонентом окружающего нас мира, поэтому его понимание важно».

Десятилетия исследований в экспериментальных залах лаборатории Джефферсона помогли Дёру собрать воедино несколько частей головоломки, а также только что принесли ему редкую честь быть избранным членом Американского физического общества.

Стипендия APS присуждается тем членам, которые добились успехов в физических исследованиях или внесли значительные инновации в применение физики в науке и технике. Дёр был отмечен за «научное руководство экспериментальными исследованиями спиновой структуры нуклонов в режиме сильной КХД».

Деур сказал, что он благодарен и рад, что его кандидатура была выдвинута его профессиональными коллегами и выбрана Советом APS.

«Это также напомнило мне, как мне повезло тесно сотрудничать с талантливыми и добрыми коллегами, которые провели большую часть исследований, получивших признание в этой номинации на стипендию», — сказал он.

Деур выделил нескольких из этих коллег за их важный исследовательский вклад, в том числе Волкера Буркерта, Цзянь-Пина Чена и Эндрю М. Сандорфи из лаборатории Джефферсона, Стэнли Бродского из Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики в Стэнфордском университете, Гордона Кейтса и Сяочао Чжэн из Университета Вирджинии в Шарлоттсвилле, Ги Ф. де Терамонда из Университета Коста-Рики и Себастьяна Куна из Университета Олд Доминион в Норфолке.

Спин и симметрия

Нуклон — это протон или нейтрон, состоящий из кварков, связанных глюонами, которые в совокупности придают нуклону его спин.

«Вращение частицы — очень полезное свойство, помогающее в исследованиях, и то, что мы делаем в лаборатории, является тому примером», — сказал Деур. «Но это также важный компонент нашей Вселенной. Фактически, вращение является ключом к чудесному разнообразию Вселенной».

Все фундаментальные частицы материи, такие как кварки и электроны, имеют спин ½ (измеряется в единицах постоянной Планка), поэтому материя не сжимается сама в себя.

Частицы, составляющие четыре фундаментальные силы природы — сильное ядерное взаимодействие, слабое ядерное взаимодействие, электромагнетизм и гравитация — имеют целочисленный спин, равный 1 или 2. Другая сила, важная для исследований Лаборатории Джефферсона, возникающая сила, связывающая ядра (известная как сила Юкавы) имеет спин 0.

Когда сила имеет равномерный спин 0 или 2, это сила притяжения, которая отвечает за стабильные ядра, сияющие звезды и структуру, которую мы видим во Вселенной.

Когда спин силы нечетный или равен 1, сила отталкивает между одинаковыми зарядами и притягивает между противоположными зарядами. Именно это допускает существование нейтральных атомов и химии, которая является основой самой жизни.

«Поэтому трудно переоценить важность вращения», — сказал Деур. «Оно формирует нашу вселенную».

Для изучения этого вращения можно использовать Ускоритель непрерывного электронного пучка (CEBAF) Лаборатории Джефферсона, пользовательский центр Управления науки Министерства энергетики США. Это позволяет провести это исследование, взрывая нуклон электронным лучом, подвергая его воздействию электромагнитного поля электронов. Это нарушает движение и расположение кварков и глюонов внутри нуклона, что, в свою очередь, либо заставляет его спин колебаться (если энергия пучка мала), либо зондирует кварки и глюоны, которые его генерируют (если энергия пучка высока). В обоих случаях мы узнаем о происхождении спина нуклона.

Исследование, признанное APS, включало изучение нуклона при высоких, средних и низких энергиях пучка, чтобы увидеть, как свойства частицы изменяются на разных уровнях энергии, от кваркового и глюонного домена до области глобального представления.

«Это фундаментальный аспект того, что мы делаем», — сказал Деур. «Здесь, в лаборатории Джефферсона, мы изучаем, как работает сильное взаимодействие, когда оно становится по-настоящему сильным. Мы также изучаем внутреннюю работу нуклона.

«И есть «побочное обучение»: природа часто повторно использует одни и те же рецепты, поэтому, узнав о сильной силе, я также узнаю о других, а также о других захватывающих аспектах Вселенной.

«Рецепт, используемый природой — насколько мы можем сейчас с уверенностью сказать — это калибровочная теория, и она действительно дает удовлетворительную картину, потому что в конечном итоге дает простой и красивый ответ: почему яблоко падает или магнит прилипает к холодильнику? и все остальное, что заставляет вселенную двигаться? Из-за сил. Но что вызывает силы? Это обмен частицами материи фундаментальных частиц с целыми спинами — фотонов, глюонов, гравитонов. Но откуда они берутся? Из того, что мы должны уважать естественную симметрию Вселенной».

Калибровочная теория включает в себя как квантовую механику, так и специальную теорию относительности Альберта Эйнштейна и является частью Стандартной модели физики элементарных частиц.

Отвечаем на большие вопросы

Дёр родился во Франции в 1973 году и пришел в физику благодаря природным склонностям, подкрепленным семейным влиянием. В его семье много инженеров и ученых. Его отец был инженером-исследователем, который также изучал общую физику и любил обсуждать научные вопросы со своим маленьким сыном.

В средней школе Деур прочитал популярный отчет о работе Эйнштейна, а позже прочитал о квантовых явлениях.

«Мне очень хотелось понять эти очевидные тайны», — сказал Деур.

Хотя физика, биология и химия пришли к нему совершенно интуитивно, именно более серьезная интеллектуальная задача, которую, по его мнению, ставила перед собой физика, убедила его заняться ею в колледже и в качестве карьеры.

«Мне интересно увидеть, как это прекрасно объясняет основные вещи вокруг нас и за их пределами», — сказал Деур. «Это немного похоже на наблюдение за звездами ночью. Мы чувствуем себя маленькими, но связанными с очень большой картиной. Это вызывает чувство удивления и трепета, и мы хотим его изучить. Физика такая. Это также дает представление о трех важных вопросах: откуда мы пришли? Кто мы? Куда мы идем? Меня больше не волнуют эти вопросы с тех пор, как я выучил физику».

Впервые Дёр прибыл в лабораторию Джефферсона в 1997 году в качестве научного сотрудника, проходя тогда обязательную службу во французской армии в рамках «международного сотрудничества» — например, исследований в зарубежной лаборатории. Через три года он вернулся во Францию, чтобы получить докторскую степень по ядерной физике в Университете Блеза Паскаля, получив диплом с отличием. Он благодарен своему исследовательскому опыту в лаборатории Джефферсона за то, что смог завершить трехлетнюю докторскую программу всего за 10 месяцев.

С 2000 по 2003 год он работал сначала научным сотрудником с докторской степенью, а затем научным сотрудником в UVa, работая над экспериментами в SLAC и лаборатории Джефферсона. В 2004 году он присоединился к лаборатории Джефферсона в качестве научного сотрудника.

-конец-

Компания Jefferson Science Associates, LLC управляет и управляет Национальным ускорительным комплексом Томаса Джефферсона, или Лабораторией Джефферсона, для Управления науки Министерства энергетики США. JSA является дочерней компанией, находящейся в полной собственности Исследовательской ассоциации юго-восточных университетов (SURA).

МО ‘ Управление науки США является крупнейшим спонсором фундаментальных исследований в области физических наук в Соединенных Штатах и ​​работает над решением некоторых из наиболее насущных проблем нашего времени. Для получения дополнительной информации посетите https://energy.gov/science .