Czynienie ciemnej materii nieco jaśniejszej Inspire article

Tłumaczenie Grzegorz Glubowski. Jenny List, młoda fizyczka cząsteczkowa pracująca przy DESY w Niemczech, przewodząca własnej grupie badającej istotę funkcjonowania Wszechświata, rozmawia z Barbarą Warmbein.

Jenny List
Dzięki uprzejmości DESY

“Zawsze chciałam rozumieć jak wszystko działa – od krańcowo małego do niewiarygodnie wielkiego.” Jako fizyk z tytułem doktora i kierownik niewielkiej grupy studentów i absolwentów, Jenny List jest na najwłaściwszej drodze by tego dokonać. Obiektem zainteresowania jest ciemna materia, „modne obecnie zagadnienie”, uśmiecha się.

Naukowcy wierzą, że odkrywanie i badanie ciemnej materii przyniesie odpowiedzi na wiele pytań w fizyce, sugerowanych przez teorię. Przede wszystkim, ciemna materia tworzy 22% Wszechświata. Uważa się, że ciemna energia, której istnienie jest nawet mniej zrozumiałe niż ciemnej materii, sięga co najmniej 74%, podczas gdy wszystkie gwiazdy i materia we Wszechświecie daje około 4%.

Jenny ma 32 lata i pracuje w niemieckim laboratorium cząstek elementarnych DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron)w1. DESY posiada własny 6 km zderzacz cząsteczek, jednak Jenny pracuje nad maszyną przyszłości, 30 km elektronowo-pozytronowym akceleratorem (International Linear Collider – ILC). „Mamy nadzieję, że ILC nie tylko ujawni cząstki, które jak sądzimy tworzą ciemną materię, lecz również pozwoli nam dokładnie je zbadać. To niesłychanie ważne dla rozumienia Wszechświata”, powiada Jenny.
 

ILC będzie używał tych komór przyspieszających cząstki do ekstremalnie wielkich energii i umożliwiających zderzenia wewnątrz masywnych, podziemnych detektorów
Dzięki uprzejmości DESY
 

ILC będzie pracował ramię w ramię z Wielkim Zderzaczem Hadronów (Large Hadron Collider – LHC), który ma rozpocząć działanie w CERNw2 w Genevie, w bieżącym roku. Tysiące fizyków z całego świata – włączając aktywną grupę z laboratorium niemieckiego – zajętych jest projektowaniem nowego akceleratora liniowego i jego detektorów, by zapewnić wymagany poziom energii, produkcji danych i precyzji pomiarów.
 

Schemat Międzynarodowego Liniowego Zderzacza: projektowanego 31 km akceleratora cząstek, mogącego dać odpowiedzi na niektóre najbardziej fundamentalne pytania
Dzięki uprzejmości DESY
 

Niemiecki system szkolny zezwala studentom wybrać dwa główne kierunki na ostatnie dwa lata studiów. Jenny, która urodziła się w Hamburgu, początkowo chciała studiować matematykę jako jeden z tych kierunków, ale nie pociągała ją perspektywa pracy w szkole. Dlatego wybrała fizykę. „Nigdy nie żałowałam tej decyzji. Mój nauczyciel był wspaniały, a fizyka jest tak różnorodna!” Rozpoczęła studia na Uniwersytecie Hamburskim i trudno przyszło zdecydować, nad którą z dziedzin chciałaby się skoncentrować: Kosmologia? Teoria? Astrofizyka? W końcu, wybrała fizykę cząstek elementarnych, w której fizycy stosują olbrzymie i niesłychanie precyzyjne maszyny do badania cząstek oraz sił działających pomiędzy nimi. Jenny pracowała przy eksperymencie OPALw3 w CERN i tam ukończyła pracę doktorską w 2000 roku. Jako, że tego samego roku zamknięto akcelerator i żadne eksperymenty nie przynosiły danych, wróciła do Hamburga na stanowisko docenta przy DESY.

“Pierwszy raz miałam pracować nad polaryzacją, jedną z głównych dziedzin naszej grupy obecnie,” wspomina. Gdy kolidują dwa strumienie cząstek, trzeba dokładnie wiedzieć jak te strumienie wyglądają, więc naukowcy potrafią dokładnie określić, co zarejestrowali w detektorze. Jedną z właściwości tych strumieni polaryzacja, charakterystyka która pokazuje jak wiele spinów cząstek ma ten sam kierunek.  W ILC będą strumienie elektronów i ich antycząstek, pozytronów. Pędzą one 15 km do miejsca zderzenia przez komory przyspieszające i pola częstotliwości radiowej, a w pewnym punkcie toru zespoły obserwacyjne, takie jak zespół Jenny, oświetlają je promieniem lasera.

To nie ‘Paintball!’ dla fizyków cząsteczkowych, ale badanie właściwości strumieni cząsteczek. Po wystrzeleniu cząstki biegną przez wypełnione gazem tubki ze zwierciadłami na wewnętrznych ściankach. Lecąc przez nie, emitują niebieskie światło – promieniowanie Czerenkowa – kierowane ku końcom tub przez wewnętrzną, pokrytą zwierciadłami powierzchnię. Fotodetektor mierzy dochodzącą ilość światła i czas potrzebny by tam dotarło. „W ten sposób znamy nasze elektrony bardzo dokładnie,” podsumowuje Jenny. „Problemem jest, że nasz polarymetr musi mieć dwukrotnie większą dokładność niż jakikolwiek obecnie istniejący. Korzystamy z najlepszego polarymetru (w Stanford Linear Accelerator Centerw4 w Kaliforni) i próbujemy go ulepszyć i uczynić bardziej precyzyjnym.”

Centrum badawcze DESY w
Hamburgu, Niemcy

Dzięki uprzejmości DESY

Po dwóch posadach w różnych uniwersytetach w Niemczech, Jenny powróciła do DESY. Z powodzeniem ubiegała się o stypendium od ‘Emmy Noether Programme’ koordynowanego przez ‘the German Research Foundation’ (DFG)w5. Wspiera on młodych badaczy, oferując im niezależność i doświadczenie kierownicze we wczesnym etapie ich kariery, przez tworzenie niezależnych, młodych grup badawczych.

Stypendium jest udzielane na pięć lat i rekrutując ich na powrót z zagranicy, DFG ma nadzieję zachęcić zdolnych, młodych naukowców do pozostania w kraju i kontynuowania tutaj kariery uniwersyteckiej. Grupa Jenny składa się z jednego post-doktora, jednego doktora i dwóch absolwentów. Tworzą urządzenie do testowania ich polarymetru oraz piszą programy symulujące pojawienie się ciemnej materii w detektorach ILC.

Poza kierowaniem własną grupą, prowadzeniem badań i nauczaniem na uniwersytecie, Jenny prowadzi również intensywne życie towarzyskie. Uwielbia jazdę na nartach, śpiewa w chórze, gra na pianinie i gitarze, kolekcjonuje wszystko co ma związek ze słoniami. „Po prostu je lubię” powiada. Jej mąż też jest również fizykiem pracującym w DESY. Jenny wyjaśnia: „ niegdyś podróżowaliśmy między Genewą, Hamburgiem, Zurichem i Wupertalem przez lata, co było dość męczące. Małżeństwo z kolegą fizykiem ma wiele korzyści: wzajem znamy swoje obciążenie pracą, możemy pójść razem na konferencję i mamy wiele swobody w planowaniu czasu”. Z pewnością będą korzystali z tej elastyczności w tym roku – właśnie urodziło im się pierwsze dziecko.

Download

Download this article as a PDF

Web References

  • w1 – DESY jest niemieckim laboratorium fizyki cząstek elementarnych.
  • w2 – CERN jest największym na świecie laboratorium cząstek elementarnych.
  • w3 – Eksperyment OPAL, który dotyczył badania cząstek i ich interakcji poprzez analizowanie zderzeń elektron-pozytron, był jednym z głównych eksperymentów fizyki cząstek w CERN.
  • w4 – Stanford Linear Accelerator Center
  • w5 – The German Research Foundation, DFG

Resources

  • Więcej na temat ciemnej materii dostępne w Wikipedii.
  • Więcej na temat ‘the International Linear Collider’ i jego celach badawczych: www.linearcollider.org

Institution

CERN

Author(s)

Barbara Warmbein pracuje jako  komunikator w DESY, niemieckim laboratorium badawczym fizyki cząstek elementarnych. Jest także członkiem zespołu edytorskiego Science in School.


Review

Czego możesz dokonać, jeśli studiujesz fizykę w szkole? Opowiadanie Jenny ukazuje, że możliwe jest osiągnięcie fascynującego poziomu – pracy w CERN i kierowania własną grupą badawczą, będąc relatywnie młodą – i nadal mieć czas dla rodziny i na zainteresowania.

Ta historia rozwoju kariery może zainspirować potencjalnych fizyków, w szczególności dziewczęta. Może zachęcić studentów biorących pod uwagę fizykę jako swój ostateczny przedmiot w szkole lub zostać ukazana na tablicy ogłoszeń – prawdopodobnie wraz z innymi informacjami na temat godnych naśladowania pracowników naukowych.


Sue Howarth, Wielka Brytania




License

CC-BY-NC-ND