杰斐逊实验室科学家亚历山大杜尔对核子自旋结构的研究为他赢得了APS奖学金

亚历山大·杜尔(Alexandre Deur) 的职业生涯一直致力于研究核子神秘的自旋结构，这也是托马斯·杰斐逊国家加速器设施的主要任务之一，杜尔在该设施中担任研究员近 20 年。年。

粒子的自旋是其基本特征之一，就像它的质量或电荷一样，物理学家长期以来一直试图确定由夸克组成的粒子(例如质子)自旋背后的动力学，或者他们所谓的“自旋谜题” ”。

“理解这个谜题将使我们确信我们确实理解了量子色动力学(QCD)，因为 QCD 是告诉我们夸克和胶子如何行为的理论，”德尔说。“此外，核子是我们周围世界的关键成分，因此了解它很重要。”

杰斐逊实验室实验大厅数十年的研究帮助杜尔将其中的一些拼图拼凑在一起，这也为他赢得了当选物理学会院士的罕见荣誉。

APS 奖学金旨在表彰那些在物理研究方面取得进展或在物理科学技术应用方面取得重大创新的成员。Deur 因“强 QCD 体系中核子自旋结构实验研究的科学领导”而受到表彰。

Deur 表示，他很感激也很高兴能够得到专业同行的提名并被 APS 理事会选中。

他说：“这也提醒我，能够与才华横溢、友善的同事密切合作是多么幸运，他们所做的大部分研究都得到了奖学金提名的认可。”

Deur 表彰了其中几位同事的重要研究贡献，包括杰斐逊实验室的 Volker Burkert、Jian-Ping Chen 和 Andrew M. Sandorfi、斯坦福大学 SLAC 国家加速器实验室的 Stanley Brodsky、斯坦福大学 SLAC 国家加速器实验室的 Gordon Cates 和 Xiaochao Cheng。弗吉尼亚大学夏洛茨维尔分校、哥斯达黎加大学的 Guy F. de Teramond 和诺福克奥多明尼恩大学的塞巴斯蒂安·库恩。

自旋和对称性

核子是由被胶子束缚的夸克组成的质子或中子，所有这些胶子结合起来赋予核子自旋。

“粒子的自旋是一种非常有用的特性，有助于研究，我们在实验室所做的就是一个例子，”德尔说。“但它也是我们宇宙的重要组成部分。事实上，自旋是宇宙奇妙多样性的关键。”

物质的所有基本粒子(例如夸克和电子)的自旋均为 1/2(以普朗克常数为单位测量)，这就是物质不会自行塌缩的原因。

构成自然界四种基本力(强核力、弱核力、电磁力和引力)的粒子具有 1 或 2 的整数自旋。另一种对杰斐逊实验室研究很重要的力是新兴的束缚原子核的力(已知作为汤川力)的自旋为 0。

当一种力的自旋为 0 或 2 时，它就是一种吸引力，它形成了稳定的原子核、闪亮的恒星以及我们在宇宙中看到的结构。

当力的旋转为奇数或 1 时，力在同种电荷之间是排斥力，在异性电荷之间是吸引力。这就是中性原子和化学的存在，而化学是生命本身的基础。

“所以旋转的重要性怎么强调都不为过，”杜尔说。“它塑造了我们的宇宙。”

杰斐逊实验室的连续电子束加速器设施(CEBAF)是科学办公室的用户设施，可用于研究这种自旋。它通过用电子束轰击核子，使其受到电子电磁场的作用来实现这项研究。这会扰乱核子内部夸克和胶子的运动和排列，从而要么使其自旋摆动(如果束流能量较低)，要么探测产生核子的夸克和胶子(如果束流能量较高)。在这两种情况下，我们都了解了核子自旋的起源。

获得 APS 认可的研究涉及研究高、中、低束能量下的核子，以了解粒子的特性如何随不同能级(从夸克和胶子域到全局视域)的变化而变化。

“这是我们工作的基本方面，”杜尔说。“在杰斐逊实验室，我们正在研究当强相互作用变得真正强时，它是如何发挥作用的。我们也在了解核子的内部运作。

“还有‘附带学习’：大自然经常重复使用类似的方法，因此通过了解强力，我也了解了其他力量，以及宇宙的其他迷人方面。

“据我们目前可以肯定地说，自然所使用的配方是规范理论，它确实提供了令人满意的图片，因为它最终是一个简单而美丽的答案：为什么苹果会掉落或磁铁会粘在冰箱上，以及其他使宇宙运动的东西?因为势力。但是什么产生了力呢?它是具有整数自旋的基本粒子(光子、胶子、引力子)的物质片段之间的交换。但这些从哪里来呢?因为我们必须尊重宇宙的自然对称性。”

规范理论涉及量子力学和阿尔伯特·爱因斯坦的狭义相对论，是基本粒子物理学标准模型的一部分。

回答大问题

Deur 1973 年出生于法国，在家庭影响下自然而然地接触了物理学。他的家人包括许多工程师和具有科学头脑的人。他的父亲是一名研究工程师，还学习普通物理学，并喜欢与年幼的儿子讨论科学。

在中学时，杜尔读到了一篇关于爱因斯坦著作的流行叙述，后来他又读到了有关量子现象的内容。

“我渴望了解这些明显的谜团，”杜尔说。

虽然物理学、生物学和化学对他来说非常直观，但他认为物理学带来的更大的智力挑战促使他在大学里追求物理学并作为职业。

“我的兴趣是看看它如何完美地解释我们周围以及其他地方的基本事物，”德尔说。“感觉有点像晚上看星星。我们感觉自己很渺小，但却与一个非常大的图景息息相关。这创造了一种惊奇和敬畏的感觉，我们想要探索它。物理学就是这样。它还对三个大问题给出了一个视角：我们从哪里来?我们是什么?我们去哪?自从我学了物理，我就不再担心这些问题了。”

杜尔于 1997 年首次来到杰斐逊实验室，担任研究生研究助理，通过“国际合作”(例如在外国实验室进行研究)履行当时在法国军队的义务服役。三年后，他返回法国，以优异的成绩从布莱斯帕斯卡大学获得核物理学博士学位。他将自己在杰斐逊实验室的研究经历归功于他在短短 10 个月内完成了通常为期三年的博士课程。

2000年至2003年，他先是在弗吉尼亚大学担任博士后研究员，后担任研究科学家，在SLAC和杰斐逊实验室从事实验。2004年，他作为一名研究员加入杰斐逊实验室。