Hledejte nejmenší částice ve vesmíru, abyste našli odpovědi na jeho největší otázky

Fyzik částic Lindley Winslow hledá nejmenší částice ve vesmíru a hledá odpovědi na jeho největší otázky.

Když vstoupila do částicové fyziky na počátku dvacátých let, byla Lindley Winslow umístěna do středu masivního experimentu k měření neviditelného.

Vědci dokončili kapalný scintilátorový antioutrinový detektor Kamioka (KamLAND), detektor částic velikosti budovy zabudovaný v jeskynním dole hluboko v japonských Alpách. Experiment byl navržen k detekci neutrin – subatomárních částic, které procházejí miliardy běžnou hmotou.

Neutrina se produkují všude tam, kde částice interagují a rozpadají se Velký třesk k smrti hvězd v supernovách. Zřídka interagují s hmotou, a jsou proto nedotčenými posly z prostředí, ve kterém vznikají.

Do roku 2000 vědci pozorovali neutrina z různých zdrojů, včetně slunce, a věřili, že částice oscilovaly, aby je přeměnily na různé „příchutě“. KamLAND byl vyvinut k pozorování vibrací jako funkce vzdálenosti a energie v neutrinech generovaných japonskými nedalekými jadernými reaktory.

Winslow se toho léta před absolvováním školy připojil k iniciativě KamLAND a strávil měsíce v Japonsku přípravou detektoru na provoz a poté sběrem dat.

Lindley Winslow

Lindley Winslow, částicový fyzik na MIT, hledá nejmenší částice ve vesmíru, aby našel odpovědi na své největší otázky. Fotografický kredit: M. Scott Brewer

„Naučil jsem se řídit převodovku na vyztužených pozemních křižnících do dolu, kolem vodopádu a dlouhým tunelem, kde jsme pak museli vyšplhat do strmého kopce na vrchol detektoru,“ říká Winslow.

V roce 2002 byly poprvé v rámci experimentu detekovány neutrinové oscilace.

„Byl to jeden z těch okamžiků vědy, kdy víte něco, co nikdo jiný na světě neví,“ vzpomíná Winslow, který byl součástí vědecké spolupráce, která za tento objev v roce 2016 získala cenu za průlomovou cenu za základní fyziku.

Tato zkušenost pomohla při formování Winslowovy kariérní cesty. V roce 2020 získala místo docentky pro fyziku Skde pokračuje v hledání neutrin pomocí KamLAND a dalších experimentů s detekcí částic, které pomohla formovat.

„Líbí se mi výzva měřit věci, které se měří velmi, velmi obtížně,“ říká Winslow. „Motivací je objevit nejmenší stavební kameny a jejich vliv na vesmír, ve kterém žijeme.“

Změřte nemožné

Winslow vyrostla v Chadds Ford v Pensylvánii, kde prozkoumala blízké lesy a potoky a také se naučila jezdit na koních, dokonce i na střední škole.

S cílem studovat astronomii obrátila pohled na západ na vysokou školu a byla přijata na Kalifornskou univerzitu v Berkeley, kde šťastně prošla další desetiletí. Získala bakalářský titul z fyziky a astronomie, poté magisterský titul a doktorát z fyziky.

Uprostřed svých studií se Winslow naučil fyziku částic a velké experimenty detekovat nepolapitelné částice. Hledání studentského výzkumného projektu je přivedlo k experimentu Cryogenic Dark Matter Search (CDMS), experimentu prováděnému v areálu Stanford University. CDMS je navržen tak, aby detekoval slabě interagující masivní částice nebo WIMPS – hypotetické částice, o nichž se předpokládá, že obsahují tmavou hmotu – v detektorech zabalených do vysoce čisté mědi. U svého prvního výzkumného projektu pomohla Winslow analyzovat vzorky mědi pro další generaci experimentu.

„Miloval jsem, když jsem viděl, jak všechny tyto kousky fungovaly společně, od získávání mědi až po to, jak vytvořit experiment, který by měřil v podstatě nemožné,“ říká Winslow.

Její pozdější práce s KamLANDem, podporovaná jejím profesorem kvantové mechaniky a jejím vedoucím diplomové práce, ji dále inspirovala k navrhování experimentů k hledání neutrin a dalších základních částic.

„Malé částice, velké otázky“

Po dokončení doktorátu nastoupila Winslow na postdoktorandskou pozici u Janet Conrad, profesorky fyziky na MIT. V Conradově skupině měl Winslow svobodu zkoumat myšlenky i mimo hlavní projekty laboratoře. Jednoho dne poté, co viděl video o nanokrystalech, Conrad uvažoval, zda by materiály mohly být užitečné pro detekci částic v atomovém měřítku.

“Pamatuji si, že řekla: ‘Tyto nanokrystaly jsou opravdu skvělé.” Co s nimi můžeme dělat? Procházka!’ A přemýšlel jsem o tom, “říká Winslow.

Brzy se vrátila k myšlence: Co kdyby se nanokrystaly ze zajímavých izotopů mohly rozpustit v kapalném scintilátoru, aby se dosáhlo citlivější detekce neutrin? Conrad si myslel, že je to dobrý nápad, a pomohl Winslowovi najít granty, aby projekt dostal ze země.

V roce 2010 získala Winslow stipendium L’Oréal pro ženy ve vědě a grant, který použila na nanokrystalický experiment, který nazvala NuDot, na kvantové tečky (typ nanokrystalů), které chtěla začlenit do detektoru. Když dokončila postdoktorandské studium, přijala místo na fakultě na Kalifornské univerzitě v Los Angeles, kde pokračovala ve vytváření plánů pro NuDot.

Chladná smlouva

Winslow strávil dva roky na UCLA v době, kdy se pátrání po neutrinech točilo kolem nového cíle: neutrinoless double beta decay, hypotetický proces, který, pokud by byl pozorován, by dokázal, že i neutrino, jeho vlastní antičástice, by pomohlo vysvětlit, vesmír obsahuje více hmoty než antihmota.

Na MIT hledal profesor fyziky a vedoucí katedry Peter Fisher někoho, kdo by studoval dvojitý rozpad beta. Nabídl práci Winslowovi, který na oplátku vyjednával.

„Řekl jsem mu, co jsem chtěl, byla ředicí lednička,“ vzpomíná Winslow. “Základní cena jednoho z těchto produktů není nízká a vyžaduje hodně ve fyzice částic.” Ale on řekl: „Hotovo!“

Winslow se připojila k fakultě MIT v roce 2015 a vybavila svou laboratoř novou ředicí lednicí, která jí umožňovala ochlazovat makroskopické krystaly na teploty v řádu milikelvinů a hledat tepelné podpisy z dvojitého rozpadu beta a dalších zajímavých částic. Dnes pokračuje v práci na NuDot a nové generaci KamLANDu a je také klíčovým členem CUORE, masivního podzemního experimentu v Itálii s mnohem větší zřeďovací lednicí určenou k monitorování dvojitého rozpadu beta bez neutrin.

Winslow také formoval Hollywood. Zatímco se usadila na MIT, kolega z UCLA ji v roce 2016 doporučil jako konzultanta pro remake Ghostbusters. Oddělení scénografie hledalo nápady, jak by bylo možné uspořádat laboratoř jedné z postav filmu, částicového fyzika. „Právě jsem zdědil laboratoř s obrovským množstvím haraburdí, které bylo třeba vyčistit – gigantické krabice starého vědeckého vybavení, z nichž některé začaly rezivět,“ říká Winslow. “[The producers] přišel do mé laboratoře a řekl: “To je perfektní!” A nakonec to byla opravdu zábavná spolupráce. “

V roce 2018 její práce překvapivě změnila, když ji oslovil teoretik Benjamin Safdi, poté na MIT, který vyvinul myšlenkový experiment s názvem ABRACADABRA s fyzikem MIT Jessem Thalerem a bývalým doktorandem Yonatanem Kahnem PhD ’15, aby vytvořili další hypotetický Objevování částic, axion, simulací magnetaru – jakési Neutronová hvězda s intenzivními magnetickými poli, díky nimž by měly být všechny vzájemně působící osy krátce rozeznatelné. Safdi slyšela o Winslowově ledničce a přemýšlela, jestli by v ní mohla zkonstruovat detektor, který by ten nápad otestoval.

„Byl to příklad zázraku na MIT,“ vzpomíná Winslow, který využil příležitosti a vytvořil zcela nový experiment. Při svém prvním úspěšném spuštění hlásil detektor ABRACADABRA žádné důkazy o axionech. Tým nyní navrhuje větší a citlivější verze, aby rozšířil Winslowův stánek rostoucích detektorů.

„To vše je součástí vize mé skupiny na příštích 25 let: vytvářet velké experimenty, které dokážou detekovat malé částice, aby odpověděly na velké otázky,“ říká Winslow.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Líheň je otevřená, stanici zabírá 10 členů posádky

Nově přidaný personál stanice, který se skládal z 10 členů, se shromáždil v servisní jednotce Zvezda, aby uspořádali uvítací ceremoniál s rodinnými příslušníky a...

Chronické virové infekce mohou mít hluboký trvalý účinek na imunitu člověka, podobně jako stárnutí

Analýza topologie sítě funkce imunitního systému představující desítky integrovaných buněčných odpovědí, které jsou během odstraňování viru hepatitidy C u lidí obráceny. Zkoumané signální...

Byly odhaleny bizarní dýchací orgány 450 milionů let starých mořských živočichů

Zápočet: UCR Trilobité měli při dýchání jednu nohu Nová studie našla první důkazy o vysoce vyvinutých dýchacích orgánech u mořských živočichů starých 450 milionů let. ...

“Čmáranice světla” v reálném čase

Vědci z Tokijské metropolitní univerzity vyvinuli zjednodušený algoritmus pro převod volně nakreslených čar na standardním stolním procesoru na hologramy. Dramaticky snižují náklady na...

Mineralogie hluboké kůry Země pohání hotspoty pro domácí život

Tým DeMMO Field zleva doprava: Lily Mumper, Britney Kruger a Caitlin Cesar vzorky zlomenin z vrtné soupravy DeMMO. Kredit: © Matt Kapost Pod zeleným...

Newsletter

Subscribe to stay updated.