A LA CAZA DEL FANTASMA DE UNA PARTÍCULA

Janet Conrad tiene un plan para atrapar el neutrino estéril - una esquiva partícula, posiblemente vislumbrado por una serie de experimentos, que desmienten lo que sabemos sobre el mundo subatómico.

Icluso para un físico de partículas, Janet Conrad piensa pequeña. Al principio de su carrera, cuando sus compañeros fueron desplegándose en busca del quark top, ahora se sabe que la partícula elemental más pesada, rompió filas para buscar a los neutrinos, los más ligeros.

En parte, ella hizo esto para evitar trabajar como parte de una gran colaboración, lo que demuestra una tendencia independiente compartida por las partículas que estudia. Los neutrinos evitan las fuerzas fuerte y electromagnética, manteniendo sólo el más tenue de los vínculos con el resto del universo a través de la fuerza débil y la gravedad. Este distanciamiento hace que los neutrinos difícil de estudiar, sino que también les permite servir como indicadores potenciales de fuerzas o partículas totalmente nuevas a la física, de acuerdo con Conrad, profesor en el Instituto de Tecnología de Massachusetts. "Si hay una fuerza hacia fuera allí que no hemos visto, debe ser porque es muy, muy débil - muy tranquilo. Así que buscando en un lugar donde las cosas sólo están susurrando es una buena idea ".




De hecho, los neutrinos ya han insinuado la existencia de un nuevo tipo de partícula susurrante. Los neutrinos vienen en tres sabores, pasando de ser un sabor a otro por medio de algún jujitsu cuántica. En 1995, el detector de neutrinos de centelleo líquido (LSND) en el Laboratorio Nacional de Los Álamos sugirió que estas oscilaciones implican más de los tres sabores "nos conocimos y amamos", dijo Conrad. Podría haber otra, el tipo más difícil de alcanzar de neutrinos "estéril" que no puede sentirse aún la fuerza débil? Conrad ha estado tratando de averiguar desde entonces, y se espera obtener el último resultado de un experimento de larga duración de seguimiento denominado MiniBooNE dentro de un año.

Sin embargo, incluso MiniBooNE es poco probable que resolver la cuestión, sobre todo porque una serie de otros experimentos no han encontrado signos de los neutrinos estériles. Así Conrad es el diseño de lo que espera será una prueba decisiva usando - naturalmente - un pequeño acelerador de partículas llamado un ciclotrón en lugar de un gigante como el Gran Colisionador de Hadrones en Europa. "Siento que mi campo sólo mantiene la decisión de llegar a nuestros problemas por la creciente, y creo que no va a haber un punto en que eso no es sostenible", dijo Conrad. "Cuando el gran meteoro impacta, quiero ser un mamífero pequeño, borroso. Ese es mi plan: mamífero pequeño, borroso ".

Quanta Revista habló con Conrad acerca de su búsqueda de neutrinos estériles, su inclinación por partículas Anthropomorphizing, y su trabajo en la última Cazafantasmas reinicio. Una versión editada y condensada de la entrevista a continuación.

¿Qué significaría para la física de neutrinos estériles si existen?

JANET CONRAD: El modelo estándar de la física de partículas ha hecho muy bien en la predicción de lo que está pasando, pero hay una gran cantidad que no puede explicar - por ejemplo, la materia oscura. En este momento estamos buscando desesperadamente pistas en cuanto a lo que sería la teoría más grande . Hemos estado trabajando en las ideas, y en muchos de estos "grandes teorías unificadas", que en realidad obtener los neutrinos estériles que caen de la teoría. Si nos vamos a descubrir que no había estos neutrinos adicionales, sería enorme. Realmente sería una gran idea de lo que sería la teoría más grande.

Usted ha estado buscando los neutrinos toda su carrera. Que fue siempre el plan?

Empecé a pensar que iba a ser astrónomo. Fui a la universidad de Swarthmore y descubrí que la astronomía es frío y oscuro. Tuve la suerte de ser contratado para trabajar en un laboratorio de física de partículas. Trabajé para el ciclotrón de Harvard, que estaba en ese momento el tratamiento de cánceres oculares. Pero en las noches físicos traerían sus detectores de abajo y calibrarlos utilizando el mismo acelerador. Yo estaba muy interesado en lo que estaban haciendo y tengo una posición que el próximo verano en el Fermilab. Fue un buen ajuste para mí. Sólo creo la idea de crear estos diminutos universos es tan maravillosa. Cada colisión es un pequeño mundo. Y los detectores son muy grandes y divertido para trabajar en - me gusta subir alrededor cosas. Me gustó la yuxtaposición de las escalas; este increíblemente pequeña pequeño mundo que cree y esta enorme detector se ve en.

Y cómo te metiste en la investigación de neutrinos en particular?

Cuando estaba en la escuela del graduado, la gran pregunta era: ¿Cuál es la masa del quark top? Todo el mundo me espera para unirse a uno de los experimentos de colisiones para encontrar el quark top y medir su masa, y en su lugar me miraba a su alrededor y estaba bastante interesado en lo que estaba pasando en el mundo de neutrinos. En realidad, tuve algunas personas mayores me dicen que sería el fin de mi carrera.

¿Por qué correr el riesgo?

Yo estaba muy interesado en las preguntas que salían de los experimentos de neutrinos, y realmente no me quiero unir a una enormemente grande colaboración. Estaba más interesado en las pequeñas anomalías divertidos que ya estaban apareciendo en el mundo de neutrinos que yo estaba en una partícula que tenía que existir - el quark top - y la cuestión de lo que era su masa precisa. Estoy realmente, supongo, un cazador de la anomalía. Lo admito. Algunas personas podrían llamarlo un epíteto. Lo llevo con orgullo.

Una de esas anomalías fue el toque de un tipo adicional de neutrinos más allá de los tres sabores conocidos en el modelo estándar. Que resultan de LSND era un caso atípico de tal manera que algunos físicos sugieren que despedir. En su lugar, ayudó a dirigir un experimento en el Fermilab, llamado MiniBooNE, para dar seguimiento a la misma. ¿Por qué?

Usted no tiene permiso para tirar de datos, lo siento. Eso es exactamente cómo se pierda importante nueva física. No podemos estar tan enamorado de nuestro modelo estándar que no estamos dispuestos a ponerlo en duda. Incluso si la pregunta no se alinea con nuestros prejuicios, tenemos que hacer la pregunta de todos modos. Cuando empecé, nadie estaba realmente interesado en los neutrinos estériles. Era una tierra solitaria por ahí.

Los resultados de MiniBooNE han añadido al misterio. En una serie de experimentos utilizando antineutrinos, se encontró señales LSND-como de los neutrinos estériles, y en otro, usando neutrinos, no lo hizo.

El resultado antineutrino corresponde con LSND muy bien, pero el resultado de neutrinos, que es la que produjo por primera vez, es el que no coincide.Todo el mundo sería un lugar muy diferente si hubiéramos comenzado con el correr antineutrino y conseguido un resultado que coincide LSND. Creo que no habría habido un interés mucho más inmediato en la pregunta-neutrino estéril. Nos hubiera estado donde estamos ahora al menos 10 años antes.

¿Donde nos encontramos ahora?

Hay ocho experimentos totales que tienen anomalías que sugieren la presencia de más de los tres sabores conocidos de neutrinos. También hay siete experimentos que no lo hacen. Recientemente, algunos de los experimentos que no han visto un efecto han conseguido una gran cantidad de prensa, incluyendo IceCube, que es el resultado de que mi grupo trabajó en. Una gran cantidad de prensa salió sobre cómo IceCube no vio una señal de neutrinos estériles. Pero mientras que los datos descarta algunas de las posibles masas de los neutrinos estériles, que no descarta todos ellos, un resultado señalamos en un artículo que acaba de ser publicado en la revista Physical Review Letters .

¿Por qué son los estudios de neutrinos tan difícil?

La mayoría de los experimentos de neutrinos necesitan muy grandes detectores que deben estar bajo tierra, casi siempre bajo las montañas, a ser protegidos de los rayos cósmicos que producen por sí mismos los neutrinos. Y todos los sistemas de acelerador que construimos tienden a estar en las llanuras - como es el Fermilab en Illinois. Así que una vez que usted decide que va a construir una viga y disparar para una distancia tan larga, los costos son enormes, y las vigas son muy difíciles de diseñar y producir.

¿Hay alguna forma de evitar estos problemas?

Lo que realmente me gustaría ver es una serie de experimentos futuros que son realmente decisivo. Una posibilidad para esto es IsoDAR, que es parte de un experimento más grande llamado DAEδALUS . IsoDAR tomará un pequeño ciclotrón y utilizarlo como un conductor para producir litio-8 que se desintegra, lo que resulta en una fuente muy pura de los neutrinos antielectrón. Si nos emparejado que con el detector KamLAND en Japón, entonces sería capaz de ver toda la oscilación de neutrinos. Usted no sólo se mide un efecto en algunos puntos, se puede rastrear toda la onda de oscilación. La Fundación Nacional de Ciencia nos ha dado un poco más de $ 1 millón para demostrar que el sistema pueda funcionar. Estamos muy entusiasmados con eso.

¿Por qué ser un IsoDAR más decisivo de cazadores-neutrino estéril?

Este es un caso en el que no producen un haz de la forma habitual, por la rotura de protones en un objetivo y el uso de una serie de campos magnéticos para arrear las partículas cargadas resultantes en una viga ancha, donde se descomponen en varios tipos de neutrinos, entre otras partículas. En vez permite que la partícula que produce, que tiene un tiempo de vida corto, a la caries. Y se descompone de manera uniforme en un tipo de neutrino en todas las direcciones. Todos los aspectos de este haz de neutrinos - el sabor, la intensidad, las energías - están impulsados ​​por la interacción que está involucrado en la decadencia, no por algo que hacen los seres humanos. Los seres humanos no pueden arruinar este rayo! Es realmente una nueva forma de pensar y un nuevo tipo de fuente para la comunidad de neutrinos que creo que puede llegar a ser muy ampliamente utilizado una vez probamos la primera.

Así las interacciones de neutrinos resultantes son más fáciles de interpretar?

Estamos hablando de una relación de señal a fondo de 10 a uno. Por el contrario, la mayor parte de los experimentos de reactores en busca de antineutrinos se están ejecutando con una relación de señal a fondo de uno a uno si lo hacen bien, ya que los neutrones que salen del núcleo del reactor en realidad puede producir una señal que se parece mucho la señal de antineutrinos que busca.

Hablando de señales espectrales, dime acerca de su relación con la reciente Cazafantasmas nueva versión de la película.

Es la primera película que he consultado para. Sucedió porque Lindley de Winslow. Ella estaba en la Universidad de California, Los Ángeles, antes de llegar al MIT. En la UCLA, que había hecho una cierta cantidad de relación con la industria del cine, y por lo que se había puesto en contacto con ella. Ella les mostró mi oficina, y que realmente le gusta mis libros. Mis libros son estrellas - te dan a verlos en la película y algunas de las otras cosas de mi oficina aquí y allá. Cuando trajeron los libros de nuevo, que todos ellos pusieron de nuevo exactamente de la forma en que estaban. Lo que es realmente gracioso de eso fue que no estaban en cualquier orden.

¿Qué le pareció la película en sí? ¿Te relacionas con la forma Kristen Wiig jugó un físico?

Yo estaba muy feliz de ver una nueva prestación totalidad de ella. Para ver interactúan los personajes; Creo que había un montón de trabajo improvisada. Realmente llegó a través de estas mujeres que resonaban entre sí. En la película, Kristen Wiig entra en un auditorio vacío y se ensaya para su conferencia. Que sentía por ese carácter. Cuando empecé como un miembro de la facultad, que tenía muy poca experiencia como alguien que realmente se enseña - que había hecho toda esta investigación. Es una especie de ridículo pensar ahora, pero me pasó por esas primeras conferencias y realmente las refirió.

En cierto modo, su carrera ha llegado al punto de partida, ya que comenzó a trabajar en un ciclotrón en la universidad y ahora quiere utilizar otro a la caza de los neutrinos estériles. ¿Se puede realmente hacer la investigación de vanguardia con ciclotrones que aceleran las partículas a energías sólo una milésima parte de un por ciento de los alcanzados en el Gran Colisionador de Hadrones?

Los ciclotrones se inventaron de nuevo al comienzo del siglo pasado. Ellos fueron limitados en energía, y como resultado, que pasaron de moda como los físicos de partículas decidieron que necesitaban aceleradores cada vez más grandes que suben a energías cada vez más altas. Pero mientras tanto, la investigación que se hizo para la comunidad de la física nuclear y también para isótopos médicos y para el tratamiento de personas con cáncer se ciclotrones en una dirección completamente diferente. Han convertido en estas máquinas increíbles, que ahora podemos traer de vuelta a la física de partículas. Hay preguntas que tal vez puede ser mejor contestadas si está trabajando a bajas energías, pero con mucho más puras vigas, vigas con mayor intensidad, y con haces mucho mejor entendidas. Y son muy agradables porque son pequeños. Usted puede llevar su ciclotrón para su detector de ultra-grande, mientras que es muy difícil de mover el Fermilab a su detector de ultra-grande.

Un solo tipo de neutrino estéril es difícil de conciliar con los experimentos existentes, ¿verdad?

Creo que la pequeña bestia se ve diferente de lo que pensamos. El modelo muy simplista presenta sólo un neutrino estéril. Eso sería un poco raro si se guiaron por los patrones. Si nos fijamos en los patrones de todas las otras partículas, que están apareciendo en grupos de tres. Si se introduce tres, y lo hace todas las dinámicas entre ellos adecuadamente, ¿eso se soluciona el problema? La gente se ha dado unos pasos hacia la respuesta a eso, pero que todavía están haciendo aproximaciones.

Usted acaba de llamar el neutrino estéril una "pequeña bestia." ¿Usted antropomorfizamos partículas?

No hay duda de eso. Todos ellos tienen estas grandes pequeñas personalidades. Los quarks son las chicas malas. Están atrapados en sus pequeñas camarillas y no van a salir. El electrón es la chica de al lado. Ella es la que siempre se puede confiar en ser su amigo - enchufar y allí está ella, ¿verdad? Y ella es mucho más interesante que la gente podría pensar. Lo que me gusta de los neutrinos es que son muy independientes. Dicho esto, con los neutrinos como amigos, nunca estar solo, porque hay mil millones de neutrinos en cada metro cúbico de espacio. Tengo opiniones sobre todos ellos.

¿Cuándo comenzó la creación de estas caracterizaciones?

Siempre he pensado de esa manera. He sido, de hecho criticado por pensar en ellos de esa manera y no me importa. No sé qué pensar sobre las cosas que están desconectados de su propia experiencia. Tienes que tener mucho cuidado de no ir por un camino que no se debe bajar, pero es una manera de pensar acerca de las cosas que es completamente legítimo y le da un poco de contexto. Todavía recuerdo una vez que describe algunos de los trabajos que estaba haciendo tan divertido. Tenía un físico que me decía: "Esto no es divertido; esta es una investigación seria. "Yo estaba, como, ya sabes, una investigación seria puede ser un montón de diversión. De ser divertido no significa que sea menos importante - los que no son mutuamente excluyentes.