Căutarea celor mai mici particule din Univers pentru a obține răspunsuri la cele mai mari întrebări

Fizicianul cu particule Lindley Winslow caută cele mai mici particule din univers pentru a obține răspunsuri la cele mai mari întrebări ale sale.

Când a intrat în domeniul fizicii particulelor la începutul anilor 2000, Lindley Winslow a fost târâtă în centrul unui experiment masiv pentru a măsura invizibilul.

Oamenii de știință finalizau detectorul antineutrin de scintilație lichidă Kamioka sau KamLAND, un detector de particule încorporat construit în interiorul unei mine cavernoase din interiorul Alpilor japonezi. Experimentul a fost conceput pentru a detecta neutrini: particule subatomice care trec prin miliarde prin materia obișnuită.

Neutrinii apar oriunde în interacțiunea și degradarea particulelor Big Bang până la moartea stelelor din supernove. Rareori interacționează cu materia și, prin urmare, sunt mesageri virgini ai mediilor care le creează.

În 2000, oamenii de știință au observat neutrini din diverse surse, inclusiv soarele, și au emis ipoteza că particulele au fost transformate în diferite „arome” prin oscilare. KamLAND a fost conceput pentru a observa oscilația, în funcție de distanță și energie, a neutrinilor generați de reactoarele nucleare din Japonia.

Winslow s-a alăturat efortului KamLAND în vară înainte de a urma studii postuniversitare și a petrecut luni în Japonia, ajutând la pregătirea detectorului pentru funcționare și apoi colectând date.

Lindley Winslow

Fizicianul MIT cu particule Lindley Winslow caută cele mai mici particule din univers pentru a obține răspunsuri la cele mai mari întrebări ale sale. Credit: M. Scott Brauer

„Am învățat să conduc o transmisie manuală cu croaziere la sol întărite până la mină, trecând pe lângă o cascadă și coborând pe un tunel lung, unde a trebuit să urcăm o pantă abruptă până la vârful detectorului”, spune el. Winslow.

În 2002, experimentul a detectat pentru prima dată oscilații de neutrini.

„A fost unul dintre acele momente ale științei în care știi ceva ce nimeni altcineva din lume nu face”, își amintește Winslow, care a făcut parte din colaborarea științifică care a primit Premiul 2016 pentru descoperire în Breakthrough in Fundamental Physical Physical.

Experiența a fost esențială în conturarea carierei lui Winslow. În 2020 a primit postul de profesor asociat de fizică la CU, unde continuă să caute neutrini, cu KamLAND și alte experimente de detectare a particulelor pe care le-a ajutat la proiectare.

„Îmi place provocarea de a măsura lucruri care sunt foarte, foarte greu de măsurat”, spune Winslow. “Motivația vine din încercarea de a afla cele mai mici elemente de construcție și modul în care acestea afectează universul în care trăim.”

Măsurați imposibilul

Winslow a crescut în Chadds Ford, Pennsylvania, unde a explorat pădurile și pâraiele din apropiere și, de asemenea, a învățat să călărească pe cal, chiar și în liceu.

Și-a pus ochii pe facultate, intenționând să studieze astronomie, și a fost acceptată la Universitatea din California la Berkeley, unde a petrecut fericit următorul deceniu, obținând mai întâi o diplomă în fizică și astronomie, apoi un masterat și un doctorat în fizică. .

În facultate, Winslow a aflat despre fizica particulelor și despre marile experimente de detectare a particulelor dodgy. Cercetarea unui proiect de cercetare universitară a introdus-o în căutarea materiei întunecate criogenice sau CDMS, un experiment care a fost făcut în campusul Universității Stanford. CDMS a fost conceput pentru a detecta particule masive cu interacțiune slabă sau WIMPS, particule ipotetice despre care se crede că conțin materie întunecată, în detectoare învelite în cupru ultra-pur. Pentru primul său proiect de cercetare, Winslow a ajutat la analiza probelor de cupru pentru următoarea generație a experimentului.

„Mi-a plăcut să văd cum toate aceste piese au funcționat împreună, de la obținerea cuprului până la a afla cum să construim un experiment pentru a măsura practic imposibilul”, spune Winslow.

Lucrarea sa ulterioară cu KamLAND, facilitată de profesorul ei de mecanică cuantică și eventual consilier al tezei, a inspirat-o să proiecteze experimente pentru a căuta neutrini și alte particule fundamentale.

“Particule mici, întrebări mari”

După finalizarea doctoratului, Winslow a preluat o poziție postdoctorală cu Janet Conrad, profesor de fizică la MIT. În grupul lui Conrad, Winslow a fost liber să exploreze idei dincolo de principalele proiecte ale laboratorului. Într-o zi, după ce a vizionat un videoclip despre nanocristale, Conrad s-a întrebat dacă materialele la scară atomică ar putea fi utile în detectarea particulelor.

„Îmi amintesc că a spus:„ Aceste nanocristale sunt foarte bune. Ce putem face cu ei? Merge! Și m-am dus acolo și m-am gândit la asta ”, spune Winslow.

Curând s-a întors cu ideea: ce se întâmplă dacă nanocristalele din izotopi interesanți ar putea fi dizolvate într-o scintilație lichidă pentru a realiza o detectare mai neutrină mai sensibilă? Conrad a considerat că este o idee bună și l-a ajutat pe Winslow să caute subvenții pentru a duce proiectul mai departe.

În 2010, Winslow a primit o bursă L’Oréal pentru femei în știință și un grant pe care l-a acordat experimentului nanocristalin, pe care l-a numit NuDot, pentru puncte cuantice (un tip de nanocristalin) pe care a planificat-o să lucreze la un detector. Când și-a terminat bursa postdoctorală, a acceptat o catedră la Universitatea din California din Los Angeles, unde a continuat să ridice planuri pentru NuDot.

O afacere rece

Winslow a petrecut doi ani la UCLA, într-o perioadă în care cercetarea neutrino se învârtea în jurul unui nou obiectiv: dezintegrarea dublă-beta fără neutrini, un proces ipotetic care, dacă ar fi observat, ar arăta că și neutrino este propriul său antiparticulă, ceea ce ar ajuta explică de ce universul are mai multă materie decât antimaterie.

La MIT, profesorul de fizică și șeful departamentului Peter Fisher căuta să angajeze pe cineva pentru a explora dezintegrarea beta-dublă. El a oferit postul lui Winslow, care a negociat în schimb.

„I-am spus că vreau să fie un frigider cu diluție”, își amintește Winslow. „Prețul de bază pentru unul dintre acestea nu este mic și necesită mult în fizica particulelor. Dar a fost ca “făcut!”

Winslow s-a alăturat facultății MIT în 2015 și și-a înființat laboratorul cu un nou frigider de diluare care să-i permită să răcească cristale macroscopice la temperaturi de milikelvin pentru a căuta semnături de căldură din dezintegrarea dublă-beta și alte particule interesante. Astăzi, el continuă să lucreze la NuDot și la noua generație KamLAND și este, de asemenea, un membru cheie al CUORE, un experiment subteran masiv în Italia, cu un frigider cu diluție mult mai mare, conceput pentru a observa dezintegrarea beta dublă fără neutrini.

Winslow și-a pus amprenta și la Hollywood. În 2016, în timp ce se stabilea la MIT, un coleg de la UCLA a recomandat-o ca consultant pentru refacerea filmului „Ghostbusters”. Departamentul de scenografie căuta idei pentru a pune în scenă laboratorul unuia dintre personajele filmului, un fizician al particulelor. „Tocmai am moștenit un laborator cu o mulțime de gunoi care trebuia eliminat: cutii uriașe pline cu echipamente științifice vechi, dintre care unele începuseră să ruginească”, spune Winslow. “[The producers] a venit la laboratorul meu și mi-a spus: „E perfect!” Și până la urmă a fost o colaborare foarte distractivă “.

În 2018, munca ei a luat o turnură surprinzătoare când a fost abordată de teoreticianul Benjamin Safdi, care era atunci la MIT, care împreună cu fizicianul MIT Jesse Thaler și fostul student absolvent Yonatan Kahn PhD ’15, au conceput un experiment de gândire numit ABRACADABRA, pentru detectează o altă particulă ipotetică. , axion, simulând un magnet – un tip de stea neutronică cu câmpuri magnetice intense care ar trebui să provoace detectarea scurtă a oricărui axion care interacționează. Safdi a auzit de frigiderul lui Winslow și s-a întrebat dacă ar putea proiecta un detector în interiorul acestuia pentru a testa ideea.

„A fost un exemplu de cât de minunat este MIT”, își amintește Winslow, care a avut ocazia să proiecteze un experiment complet nou. În primul său test de succes, detectorul ABRACADABRA nu a raportat nicio dovadă a acțiunilor. Echipa proiectează acum versiuni mai mari și mai sensibile pentru a adăuga la stabilizatorul de creștere Winslow.

„Toate acestea fac parte din viziunea grupului meu pentru următorii 25 de ani: să construiesc experimente mari care să poată detecta particule mici pentru a răspunde la întrebări mari”, spune Winslow.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Nanofibrele centrifugale multifuncționale pun un nou efect asupra măștilor COVID-19

Figura (A) Ilustrația schematică a procesului de producție a nanofibrelor polimerului centrifug polimer multispinning. (B) Nanofibrele polimerice sunt rotite de sistem. O...

Arheologii găsesc dovezi din monumentele de câini domestici din Peninsula Arabică Antică

Situat în regiunea tărâmurilor Alula, în nord-vestul Arabiei Saudite, acest cimitir este acum rar construit pe pământ pentru Arabia Neolitică-Calcolitică și este un ajutor...

Pe măsură ce straturile de gheață s-au topit, nivelul mării a crescut până la 18 metri

Se știe că creșterea nivelului mării datorită schimbărilor climatice este o amenințare majoră. Noile cercetări au arătat că evenimentele anterioare de pierdere a...

Oamenii de știință identifică genele umane care luptă împotriva infecției cu SARS-CoV-2

Vedere microscopică a coronavirusului. Credit: Yeti punctat Cercetările indică controlul genelor care stimulează interferonul SARS-CoV-2 Copie Oamenii de știință de la Sanford Burnham Prebis au...

Noua tehnică „Mașina timpului” dezvăluită pentru măsurarea celulei

Celulele dendritice (roșii / verzi co-colorate) într-un folicul limfoid (fragment de peyer) drenează intestinul (albastru). Credit: Wang Cao și Shengbo Zhang, WEHI Utilizând o...

Newsletter

Subscribe to stay updated.