William Detmold: Privind adânc în inimile atomilor

William Detmold, 40 de ani
MIT | Fizica nucleara
Școală absolventă: Universitatea din Adelaide, Australia

William Detmold expune materia în cea mai fundamentală ei – cu ajutorul unei puteri serioase de procesare.

Fizicianul teoretician al MIT folosește supercalculatoare pentru a simula modul în care parcele de materie mult prea mici pentru a fi văzute printr-un microscop se leagă împreună pentru a forma nucleele atomilor. Cercetările sale completează descoperirile din instalațiile de fizică a particulelor, cum ar fi Large Hadron Collider de lângă Geneva. Simulările lui Detmold ar putea, de asemenea, să îndrume fizicienii către varietăți nedescoperite de materie.

Detmold a crescut în Adelaide, Australia, cuprins de rezolvarea puzzle-urilor matematice. Apoi și-a îndreptat atenția către fizica teoretică. S-a întâmplat să-și urmeze doctoratul. într-o perioadă în care fizicienii se bazau pe doze mari de matematică pentru a rezolva un puzzle-cheie: înțelegerea compoziției atomilor.

CONȚINUTUL NUCLEAR Detmold ilustrează neutroni (albastru) și un proton (portocaliu) în interiorul nucleului unui atom. Săgețile arată alinierea spinurilor fiecărei particule. W. Detmold

Manualele de liceu descriu nucleul unui atom ca un simplu depozit pentru protoni și neutroni. Dar protonii și neutronii sunt compuși din particule și mai mici numite quarci, care sunt ținute împreună de particule purtătoare de forță numite gluoni. Un set complex de ecuații din teoria cromodinamicii cuantice, sau QCD, descrie modul în care interacționează quarcii și gluonii. La mijlocul anilor 2000, supercalculatoarele au atins în sfârșit suficientă putere de procesare pentru a simula activitatea quarcilor și gluonilor într-un spațiu tridimensional mic de-a lungul timpului. Fizicienii au efectuat aceste simulări „QCD latice” pentru a studia structura particulelor cu doi quarci numite mezoni și particule cu trei quarci, cum ar fi protonii.

Acum, Detmold conduce sarcina de a extinde utilitatea QCD-ului lattice la bucăți mai mari de materie. Într-un studiu publicat anul trecut în Scrisori de revizuire fizică, Detmold și colegii săi au simulat interacțiunile quarc-gluon pentru nucleele de hidrogen și heliu. Calcule similare ar putea dezvălui proprietăți, cum ar fi magnetismul intrinsec al nucleelor, care sunt dificil de măsurat experimental. Orice discrepanță între ieșirea computerelor și măsurătorile experimentale ar putea semnala existența de noi particule sau forțe.

Detmold a explorat, de asemenea, structura fundamentală a materiei nevăzute încă. Într-o pereche de studii publicate anul trecut în Analiza fizică D, el și colegii sai au folosit QCD latice pentru a arăta cum particulele care nu interacționează cu materia obișnuită ar putea forma „nuclee întunecate”. Aceste nuclee misterioase ar putea ajuta la explicarea materiei întunecate, care constituie cea mai mare parte a masei universului. „Sunt interesat să descriu lucruri despre care știm că există”, spune Detmold, „dar și să folosesc aceleași instrumente pentru a privi dincolo.”