Un physicien en début de carrière relie mathématiquement les facteurs de forme en temps et spacelike, ouvrant la porte à des informations supplémentaires sur le fonctionnement interne de la force forte. Un nouveau calcul QCD en réseau relie deux réactions apparemment disparates impliquant le pion, la particule la plus légère régie par la forte interaction.
En tant qu’étudiant de premier cycle à Tecnológico de Monterrey au Mexique, Felipe Ortega-Gama a travaillé dans l’installation de Thomas Jefferson Accelerator du Département américain de l’énergie dans le cadre du programme de stages de laboratoire de premier cycle scientifique. Là, Ortega-Gama a travaillé avec Raúl Briceño, qui était un scientifique du personnel nommé conjointement au Lab’s Center for Theoretical and Computational Physics (Theory Center) et professeur à l’ancienne Université Dominion.
Briceño l’a présenté à la chromodynamique quantique (QCD), la théorie qui décrit la forte interaction. C’est la force qui lie les quarks et les glluons pour former des protons, des neutrons et d’autres particules génériquement appelés hadrons. Les théoriciens utilisent Lattice QCD, une méthode de calcul pour résoudre QCD, pour faire des prédictions basées sur cette théorie. Ces prédictions sont ensuite utilisées pour aider à interpréter les résultats des expériences impliquant des hadrons.
« Raúl m’a montré ce tracé qui avait les calculs et les mesures expérimentales de la masse pour un tas de particules se trouvant les unes sur les autres », a déclaré Ortega-Gama, qui a été stupéfait par la façon dont les prédictions et les mesures se sont alignées. « C’était la première fois que je réalisais que vous pouviez utiliser QCD pour prédire précisément les propriétés de toutes ces particules. »
Ce moment a attiré Ortega-Gama à travailler avec QCD et à Jefferson Lab. Malgré le succès affiché dans l’intrigue, les physiciens n’ont pas encore été en mesure d’utiliser QCD pour calculer toutes les informations possibles sur les quarks, les gluons et les particules qu’ils composent.
Tandis qu’un doctorat. Étudiant chez William & Mary, Ortega-Gama a profité de la relation étroite de l’université avec le laboratoire et a recommencé à travailler avec Briceño, ainsi que Jozef Dudek, un scientifique principal au Jefferson Lab avec une position conjointe chez William & Mary, à plus intimement intimement intimement comprendre QCD.
À la suite de cette collaboration, Ortega-Gama est l’auteur principal d’un calcul de QCD en réseau, publié dans Revue physique Dqui relie deux réactions apparemment disparates impliquant le pion, la particule la plus légère régie par la forte interaction.
Interconnexion dans les calculs QCD
Une réaction est connue sous le nom de procédé spacelike, où un électron est rebondi sur un pion. La deuxième réaction, connue sous le nom de procédé dans le temps, est lorsqu’un électron et un anélectron entrent en collision, s’anniflent et produisent deux pions.
« À sa valeur nominale, ces deux processus semblent complètement différents », a déclaré Dudek. « Mais en fait, ils sont décrits par la même physique. Leurs diagrammes sont en quelque sorte tournés les uns par rapport aux autres. Felipe a montré, en un seul calcul effectué au niveau des quarks et des gluons, dans lesquels ils sont connectés dans Une manière fluide et simple. «
Ce calcul numérique est simultanément capable de décrire les processus spacelike et timelike, démontrant l’interconnexion des différentes réactions décrites par QCD. Bien que cette connexion ait été observée expérimentalement, maintenant les physiciens ont les calculs de le corroborer.
Des travaux antérieurs d’Ortega-Gama ont motivé ce calcul inaugural. Après que les particules se heurtent à une expérience, les produits de collision volent vers l’extérieur jusqu’à ce qu’ils soient capturés dans un détecteur, parcourant une distance largement plus loin que la portée de la forte interaction, une «infinité théorique». Mais pendant les calculs numériques, qui sont limités par la puissance de calcul disponible, ces particules sont placées dans une boîte finie quelques fois plus grande que la plage de la forte interaction.
« C’est un problème, car comment relier les résultats d’une boîte finie aux résultats du volume infini mesurés par votre détecteur expérimental? » Ortega-Gama a dit.
Pour résoudre ce problème, Briceño, Dudek et d’autres membres de la communauté ont développé un formalisme – un ensemble de relations mathématiques qui, une fois que vous aurez les résultats numériques de la main, donnera la prédiction à volume infini.
Ortega-Gama, aux côtés de Briceño, a développé ce formalisme pour calculer les facteurs de forme d’autres hadrons qui, contrairement au pion, sont instables sous la forte interaction.
« Felipe avait des papiers de formalisme vraiment impressionnants avant ce document », a déclaré Dudek. « Et les chercheurs les plus forts, je dirais que dans notre domaine du réseau QCD sont ceux qui ont une expertise dans les deux formalismes et qui font des calculs numériques et travaillant avec des données numériques. Ce type peut faire ces deux choses au plus haut niveau. »
Comme son doctorat. Le conseiller, Dudek a rencontré Ortega-Gama Weekly pendant ce projet pour affiner les calculs et rebondir autour des idées.
« Pour chaque étape du calcul, je pouvais le contacter pour collaborer afin que nous puissions adapter le code au type d’étude spécifique qui nous intéressait », a déclaré Ortega-Gama.
Interconnexion en physique nucléaire
Dudek et Briceño sont des membres supérieurs de la collaboration Hadron Spectrum (Hadspec), qui utilise le QCD en réseau pour calculer les propriétés des hadrons. Le travail d’Ortega-Gama a utilisé l’infrastructure informatique que la collaboration a développée.
« Ce projet est passé à partir de conversations avec différents membres de cette collaboration », a déclaré Ortega-Gama.
Par exemple, le membre de Hadspec, Robert Edwards, un scientifique du personnel du Centre théorique de Jefferson Lab, a développé un énorme ensemble de codes qui rationalise les calculs QCD en treillis. Ortega-Gama a exploité cette base de code, ainsi que l’expertise d’Edwards, dans ce travail.
En fin de compte, ces collaborations ont conduit Ortega-Gama à son poste actuel: un boursier postdoctoral à l’Université de Californie à Berkeley. Il y a commencé en septembre 2024 pour continuer à travailler sur les calculs de QCD avec Briceño, qui est maintenant professeur à l’UC Berkeley.
« Il a certainement été utile d’avoir un travail aussi important pour faciliter la transition d’un doctorat à un chercheur postdoctoral », a déclaré Ortega-Gama.
Plus d’informations:
Felipe G. Ortega-Gama et al, Forme de Meson Timelike Meson au-delà de la région élastique de Lattice QCD, Revue physique D (2024). Doi: 10.1103 / PhysRevd.110.094505