2019-07-31 06:02:01
考虑到容器加强弱力的信号

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在美国能源部托马斯杰斐逊国家加速器设施进行的一项实验中,核物理学家通过在冷液态氢靶上射击电子成功地测量了质子的弱电荷。被称为Q-weak的精密实验为物理学家解决其成功结论提出了许多技术挑战。

一个可能混淆的变量是冷液态氢靶本身。目标系统是为Q-weak定制设计的,注意建立一个系统,即使在被无情但精确的旋转电子束轰击时也能保持氢冷。

物理学家甚至不得不考虑持有氢气的铝制容器对其结果有何影响。为了解决这一技术挑战,他撰写了关于这些努力的论文,Kurtis Bartlett被授予2018年Jefferson Science Associates论文奖。

质子的微弱电荷描述了作为宇宙的四种基本力之一的弱力作用于质子的程度。

“通过弱力用电子探测质子,它可以让你实际测量弱电荷,”巴特利特说。

但是,顾名思义,弱势力量很弱。电子更可能通过电磁力与质子相互作用,这是另一种基本力量。

幸运的是,弱力有一个独特的标记:它违反了称为奇偶校验的通用对称性。保持奇偶校验对称性的过程以与其镜像相同的概率发生。弱力表现出奇偶变换的不对称性。

“测量这种不对称性可以获得弱势力,”巴特利特说。 “然而,实际上很难在实验室里做 - 这是一种数学类型的操作。”

相反,Q-weak使用替身进行奇偶校验转换。在电子加速之前,它们被极化,因此它们都在与光束相同的方向旋转,或者与光束相反的方向旋转。

因为电磁力保持奇偶对称性,所以它以相同的方式与在任一方向上旋转的电子相互作用。但由于弱力违反了奇偶对称性,它与在一个方向上旋转的电子相互作用更多。物理学家能够利用这种差异来测量质子的弱电荷。

然而,达到这种衡量标准并非如此简单。在实验中,物理学家测量的一小部分电子实际上从未击中氢靶。相反,一些电子从铝容器中散射出来,这些氢气容纳了氢,这污染了物理学家试图测量的弱力信号。

这就是巴特利特进来的地方。他的任务是通过确定多少测量信号来自铝靶容器来最小化这种信号污染。

“我经历了理解如何纠正我们的测量值的过程,”巴特利特说。

为此,Q-weak将氢靶移除了一些,用一块与容器相同的铝代替。然后Q-weak再次向目标射击偏振电子,除了使用氢质子测量奇偶校验不对称性,Bartlett使用铝核测量了奇偶校验不对称性。

“这是第一次测量不对称类型,这是一件非常令人兴奋的事情,”他说。

巴特利特在杰弗逊实验室攻读博士学位时,撰写了他的论文“弹性电子 - 铝散射中的奇偶校正和光束 - 正常单自旋不对称的第一次测量”。在威廉和玛丽的实验核物理学。他的论文顾问是Wouter Deconinck,William&Mary的物理学助理教授,他也参与过Q-weak实验。

巴特利特向杰斐逊实验室用户组织董事会介绍了他的论文工作,该董事会负责监督JSA论文奖的授予过程。用户是来自美国和全世界的科学家,他们使用杰斐逊实验室的研究设施和能力进行基础核物理实验。

巴特利特说:“我很高兴听到我赢得的消息,而且我很荣幸能收到它。” “虽然我的论文获得了这个奖项,但这是一项非常集体的努力,我想强调整个Q-weak涉及许多科学家,工程师,技术人员和行政人员,以完成所有工作。”

JSA论文奖每年颁发一次,以获得最佳博士学位。关于杰斐逊实验室科学相关研究的学生论文,包括2,500美元的现金奖励和纪念牌匾。提名的评判标准有四个:书面作品的质量,学生对研究的贡献,作品对物理学领域的影响以及服务(工作如何使Jefferson Lab或其他实验受益)。

东南大学研究协会于1999年设立了JSA论文奖。它现在是由JSA倡议基金计划支持的众多项目之一,该计划由杰斐逊科学协会建立,旨在支持促进科学推广的计划,倡议和活动,并促进杰斐逊实验室的科学,教育和技术使命,以补充其基本和应用研究重点。

“研究生是任何研究企业的推动力,因此杰斐逊实验室用户组织很自豪再次给出今年的论文价格。我们感谢JSA为这一奖项提供支持,”Julie Roche说,2018-2019 JLUO俄亥俄大学的主席和教授。 “像往常一样,所提交的论文质量非常高,并且决定胜利者是一个相当大的挑战。我要感谢弗吉尼亚大学教授Kent Paschke领导的选拔委员会仔细审查提交的内容。最后,我们很高兴认识到库尔蒂斯的作品。“

巴特利特目前是美国能源部洛斯阿拉莫斯国家实验室空间科学与应用小组的博士后研究员,他在那里开发了测量辐射的太空船探测器,以帮助确定行星体的成分。

“虽然我现在正在开发硬件,但我仍在使用我的论文研究中开发的技能,”巴特利特说。

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2018-08-01 19:30:35
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