Dugan O'Neil Physique générale, particules subatomiques, systeme optique, biophysique, physique théorique

A détecté une particule subatomique insaisissable qui avait été rechercé demandée pendant plus d'une décennie: le quark top.

"Recherchez une carrière qui vous pose des défis et qui vous intéresse, plutôt que de simplement faire ce qui est plus facile ou mieux rémunéré. Les obstacles que vous allez connaître et votre curiosité vous motiveront et garderont vos aptitudes aiguisées."

L'histoire

Dugan O'Neil et ses collègues faisaient partie d'un groupe de physiciens des particules qui effectuaien d'un test appelé DZero. À l'automne de 2006, les membres du groupe DZero avaient étudié les quarks top pendant 11 ans, mais même après tout ce temps n'avaient pas réussi à trouver l'insaisissable quark top.

Dugan O'Neil se fout de la bruine qui semble tomber sans fin en dehors de son bureau à Burnaby, C-B. Lui et ses étudiants diplômés étaient sur le point d'essayer un nouveau programme informatique qui pourrait enfin «voir» le quark top enterré dans les données de DZero.
Les physiciens des particules cherchent à comprendre fondamentalement ce dont la matière est composée sur l'échelle la plus petite.  Ils ont appris que notre monde est constitué de petites unités, les particules élémentaires, comme les électrons et les quarks. Le quark top, aussi appelé «quark t», est l'un des six quarks connues. Jusqu'ici, cependant, les quarks top avaient seulement été observés dans des paires. Les physiciens du groupe DZero voulaient prouver que le quark t pouvait aussi exister seul.

La raison pour laquelle il était difficile de trouver le quark top est qu'il émet un signal très faible. Les théories avaient décrit la nature du signal que le quark top émettrait, mais le signal était si faible et le bruit de fond si intense que personne n'avait jamais été en mesure de le détecter. Même si la théorie avait été exacte à ce jour, il n'y avait aucune preuve expérimentale que le quark t seul existait. Il fallait trouver cette particule pour valider la théorie. Les scientifiques estimaient que le meilleur moyen de trouver le quark t seul était de concevoir un programme informatique intelligent qui serait en mesure d'identifier le quark top dans le bruit immense.
Mais quel programme d'ordinateur fallait-il utiliser? Personne ne savait à coup sûr. O'Neil avait un pressentiment.. Il avait assisté à une conférence quelques années auparavant où  quelque chose avait attiré son attention. Une partie de la conférence était consacrée à une méthode de programmation appelé "arbre de décision". Les arbres de décision servent, en particuier, à séparer les signaux du bruit d'une manière relativement simple et intuitive. O'Neil croyait qu'il pouvait réellement comprendre les arbres de décision, ce qu'il trouvait tout à fait rafraîchissant dans le monde autrement assez convolutée des techniques d'analyse avancées.
O'Neil pensait que les arbres de décision pouvaient peut-être même performer mieux qu'une technique informatique populaire concurrente appelée "réseaux de neurones". Les arbres de décision sont plus faciles à comprendre et à optimiser, et ils courent très vite. Mais personne n'avait jamais vraiment prouvé qu'ils pouvaient résoudre un tel problème difficile. Les physiciens ont passé de nombreuses nuits blanches à l'Universit Simon Fraser pour verifier l'efficacit des arbres de décision a traiter des données simulées. Puis, lors d'une nuit pluvieuse en 2006, le moment était venu de lancer le test ultime. O'Neil était assis à côté de son étudiant diplômé et un chercheur post-doctoral dans leur bureau. Les trois etaient en trin de regarder aux derniers details de leur programme. Jusqu'à ce moment-la, ils avaient refusé d'examiner tous les résultats préliminaires du programme car ils voulaient s'assurer que tout était parfait avant le dernier test. Enfin, la voix d'O'Neil a brisé le silence. Il a dit qu'ils étaient maintenant prêts à faire un essai.
"Si je le lance, la réponse va venir. Dois-je le faire? "
"Vas-y", son post-doc a répondu.
Et il a frappé sur la touche. Les trois ont retenu leur souffle jusqu'à ce qu'un nombre s'affiche sur l'écran en face d'eux. Le nombre montrait qu'ils avaient un signal - tout ce qu'ils avaient espéré. Après des verifications rigoureuses effectuees par leurs collègues dans le groupe DZero et un long examen interne, ils ont finalement publié un article décrivant la première preuve expérimentale de l'existence des quarks top seuls.

Le jeune scientifique...

O'Neil a toujours su qu'il voulait être physicien. Il n'était pas le genre d'enfant qui aimait defaire et remonter les radios, mais il était fasciné par la science-fiction et curieux à propos de tout ce qui avait à voir avec l'espace. Pour comprendre ces choses, il a conclu qu'il avait besoin d'apprendre la physique sous-jacente. Alors, quand il était temps de quitter l'école secondaire, l'avenir était décidé. Il s'inscrira à un diplôme de physique à l'Université du Nouveau-Brunswick. Pour O'Neil, étudier la physique servait à bien plus que simplement comprendre la nature des choses. Pour un garçon grandissant dans un village du Nouveau-Brunswick, le choix de devenir professeur de physique était un objectif exotique. "La plupart des gens travaillent dans les milieux industriels, ce qui n'est pas le cas dans ma communauté d'origine. Donc, c'était un peu bizarre. Peut-être que c'est justement cette particularité qui m'a attiré vers ce travail.
Il a tombé dans la physique des particules presque par hasard. À 19 ans, O'Neil avait besoin d'un emploi d'été alors qu'il postulait pour des postes de recherche partout au Canada. Michel Lefebvre, un jeune professeur de physique de l'Université de Victoria lui a offert un poste. L'invitation est venue un peu comme un choc. O'Neil ne s'y attendait pas. Il a sorti une carte routière et était ravi de découvrir que Victoria était sur une île, un bon endroit pour passer l'été. Travailler avec Lefebvre s'est avéré une période déterminante dans sa carrière. Lefebvre devint le mentor, puis le directeur de thèse d'O'Neil, qui travaille toujours dans le domaine de la physique des particules.
L'innocence et la modestie rayonnent à partir du sourire enfantin d'O'Neil qui est devenu professeur agrégé à l'Université Simon Fraser. Quand on lui a demandé de se décrire il a répondu le suivant : "j'ai une personnalité très calme. Je suis rarement en colère, ni énervé. Mais quand je discute de sujets qui m'intéressent beaucoup, je devient très enthousiaste."
O'Neil n'a jamais regretté d'entrer dans la physique des particules, bien que ce domaine vient avec des défis. La plupart des particules élémentaires existent seulement à des niveaux d'énergie très élevés. Pour étudier ces particules, les physiciens accélérant la matière à des vitesses énormes dans de gigantesques instruments circulaires souterrains . Le Grand collisionneur de hadrons, le plus grand accélérateur de particules au monde, a un diamètre de 27 km. En raison de l'envergure des expériences dans le domaine de la physique des particules, il faut collaborer avec d'autres chercheurs. O'Neil travaille généralement dans des groupes comptant jusqu'à 3 000 scientifiques. La participation de tant de chercheurs à un même projet implique une certaine perte de liberté individuelle. O'Neil aime cependant travailler dans cet environnement. Après tout, la collaboration sur de grands projets en physique des particules donne à O'Neil l'opportunité de travailler avec les gens les plus intelligents dans le monde, quelque chose qu'il ne voudrait pas manquer.
Rédigé par Auweter Sigrid. Basé sur une communication personnelle, http://www.fnal.gov/, et http://www.particleadventure.org/.

La science

De quoi le monde est-il compose?

Cette question est aussi vieille que l'humanité et les scientifiques ont depuis longtemps pour objectif de trouver les éléments de base dont toute la matière est composée. Ce q'ils cherchent, est ce qu'on appelle «fondamental», ce qui signifie qu'il ne peut pas être divisé. Initialement, les atomes ont été considérés comme fondamentales, mais les physiciens ont vite découvert que les atomes sont constitués d'électrons et un noyau. Le noyau lui-même est composé de protons et de neutrons. Pour leur part, les protons et les neutrons sont constitués de quarks.

Pour autant que nous connaissons aujourd'hui, les quarks et les électrons sont fondamentales. Ils sont aussi appelés «particules élémentaires», car (la mesure), il est plus petit rien.

Image 1: modèle de l'atome (Image fournie par: L'Aventure des particules du Particle Data Group (LBNL))

 
 

How many elementary particles exist in total?

The standard model of particle physics states that there are 6 quarks, 6 leptons, and several force-carrying particles (bosons). The electron is one of the leptons. The photon, the particle associated with light, is one of the bosons.

How do physicists study elementary particles?

Most of the elementary particles exist in isolation only at very high energy. To reach these energies, physicists use particle accelerators. These are large, often circular, underground tunnels in which particles, such as electrons and protons, are brought up to enormous speed using high vacuum and high-powered superconducting magnets, and then they are made to collide with each other. In these high-energy collisions, elementary particles are created. They can be observed in detectors that surround the collision site.

The collision takes place in the center causing particles to fly off in all directions spreading throughout the different layers of the detector. The moving particles trigger electronic signals that are recorded and analyzed by powerful computers. Each elementary particle gives rise to different characteristic signals.

As of 2010 O’Neil is working on an experiment called ATLAS. ATLAS is one of the experiments run by the European Organization for Nuclear Research (CERN), which operates the Large Hadron Collider: the largest particle accelerator in the world located hundreds of feet underneath the border between France and Switzerland. Since March 2010, beams of subatomic particles are accelerated in this tunnel and collided (potentially) at a record-breaking energy of 7 TeV. O’Neil is one of the physicists analyzing the data coming from the ATLAS detector. 

 

O'Neil chasser pour le quark top seul

En 2006, les données expérimentales pour la plupart des particules élémentaires a été trouvé avec l'aide de collisionneurs de particules. Le quark top, cependant, a été observée uniquement dans les paires. Théorie prédit qu'il pourrait aussi être produite dans l'isolement, comme le quark top seul. Une expérience appelée DZero, qui a recueilli des données à un accélérateur de particules situé à Batavia, Illinois a été spécialement conçu pour trouver le quark top seul.

Au départ, toutefois, les physiciens ne pouvaient trouver aucune preuve du quark top seul dans leurs détecteurs. C'est parce que le signal que la seule émet quark top a été très faible et était cachée dans le bruit de fond. techniques de calcul ont été Nouveau nécessaire de différencier entre le signal et le bruit.

Arbres de décision Boosté

O'Neil a surmonté ce défi en concevant un programme informatique appelé «arbre de décision renforcé.

Les arbres de décision sont des programmes que les choses distinctes en fonction des caractéristiques distinctives. Par exemple, imaginez que vous aviez un tas de pommes et que vous vouliez pour séparer Galas de Granny Smith et Red Delicious. La caractéristique la plus distinctive parmi les trois données vous les avez achetés dans un magasin-est leur étiquette, de sorte que vous choisissez de lire les étiquettes pour les séparer.

Maintenant, imaginez que vous (le détecteur) ne peut pas lire les étiquettes. Cela signifie que vous devez trouver d'autres caractéristiques, vous pouvez utiliser pour la séparation. Vous pouvez trouver des traits distinctifs tels que la couleur, la forme et le goût, qui vous permettra également, à terme, séparer les pommes. C'est exactement ce que les arbres de décision O'Neil avait à faire. Ils avaient pour régler le signal du bruit, sans un élément très fort de différenciation, mais plutôt à l'aide de nombreux faibles traits distinctifs.

 
Figure 4: Arbre de décision
 

Ce n'était pas encore assez bon pour résoudre le problème, si. Un arbre de décision unique a donné une première description de ce qui pourrait être le bruit et ce qui pourrait être un signal, mais il y avait beaucoup de données provenant du détecteur que le premier arbre ne pouvait classer. Donc, O'Neil et son groupe a pris les données que le premier arbre a plus de difficultés et il introduit dans un second arbre, un arbre qui a utilisé différentes caractéristiques distinctives. Et les données qui s'est avéré problématique encore après le deuxième arbre a été introduit dans un arbre troisième et ainsi de suite. En fin de compte, les physiciens ont un petit bois de 20 arbres de décision qui a réussi à identifier le signal quark top seul. Cette technique est appelée un arbre de décision «boostés» et O'Neil et ses collègues ont été les premiers à prouver qu'il peut être utilisé avec succès pour identifier un signal faible dans un détecteur de physique des particules.

Pour en savoir plus, cliquez sur les liens ci-dessous:

En savoir plus sur la physique des particules (liées à http://www.particleadventure.org/ )
En savoir plus sur le CERN (lien vers http://public.web.cern.ch/public/Welcome-fr.html )
En savoir plus sur ATLAS (lien vers http://atlas.ch/ )
 
Activités:

CERNland (lien https: / / project-cernland.web.cern.ch/project-CERNland / )

Masterclasses (Lien vers http://physicsmasterclasses.org/neu/)

La trilogie ATLAS:

Un nouvel espoir

(http://www.youtube.com/watch?v=OxENLH1ATV4&feature=channel)

Les particules Strike Back

(http://www.youtube.com/watch?v=iYRQpcJVQx8&feature=channel)
 



 

Mystère

De ces jours, O'Neil utilise des programmes avancés d'arbres de decision pour compter les leptons tau, des particules élémentaires qui ont été découverts dans les années 1960. Donc, trouver leur signal sera simple cette fois. Le défi sera de compter leur nombre exact. O'Neil espère trouver un nombre plus élevé que prévu de taus par rapport à d'autres particules, ce qui pourrait être une indication d'un nouveau domaine d'étude dans la physique. Il pourrait être un signe du boson de Higgs, par exemple, une particule qui pourrait expliquer l'origine de la masse et la seule particule élémentaire qui n'a pas encore été observée. Les physiciens ne savent pas si le boson de Higgs existe, ou s'il y a plusieurs types de bosons de Higgs, ce sont donc tous des mystères qui attendent d'être dévoiles. En plus de l'origine de la masse, de telles découvertes pourraient expliquer l'existence de la matière sombre et de l'énergie sombre, qui composent 95% de l'univers, d'apres les théories actuelles. En d'autres mots. 95% de ce qui existe est un mystère pour la science moderne. Nous ne connaissons pas sa composition.

Carrière

O'Neil suggère chercher une carrière plein de défis qui vous intéresse, plutôt que de simplement acceper un poste qui est facile a décrocher ou bien rémunéré. Les difficultés encourues et votre curiosité feront de vous un travaileur performant et motivé.

La personne

Membres de famille
  • Conjoint: Melanie Russell-O'Neil
Personnalité
calme et enthousiaste
Musique préférée
The Tragically Hip, le Rock and Roll,la musique des groupes musicales amateurs
D'autres intérêts
s'amuser avec les ordinateurs, la lecture, le hockey-balle, la randonnée pédestre
Titre
Professeur agrégé
Bureau
Universite Simon Fraser
Situation
Working
diplomes
  • Baccalauréat en sciences Université du Nouveau-Brunswick
  • Maîtrise de l'Université de l'Alberta Doctorat de l'Université de Victoria
Recompenses
  • 2007 Prix pour jeunes innovateurs du conseil d'innovation de la Colombie-Britannique Conseil Innovator
  • 2007 Prix de la faculté de l'Université Simon Fraser pour excellence en enseignement de la science
Mentor
Michel Lefebvre, professeur à l'Université de Victoria, a présenté la physique des particules à O'Neil. À 19 ans, O'Neil a passé un été dans le laboratoire de Lefebvre et a été fasciné par son pur enthousiasme pour la science. Après plusieurs heures passées à écrire et dessiner sur le tableau noir et de parler de physique avec Lefebvre, la physique des particules était devenue une passion pour O'Neil.
Dernier mis à jour
23 décembre 2011
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