Menimbang Materi Gelap 'Terang': Tanya Jawab Dengan Sinead Griffin

Menimbang Materi Gelap ‘Terang’: Tanya Jawab Dengan Sinead Griffin


Menimbang Materi Gelap ‘Terang’: Tanya Jawab Dengan Sinéad Griffin

Peneliti karir awal mendesain material kuantum untuk membantu memajukan perburuan materi gelap

  • Kredit: Kredit: Thor Swift / Berkeley Lab

    Sinead Griffin, staf ilmuwan di Divisi Ilmu Material dan Molekuler Lab Berkeley, telah mengabdikan sebagian besar karirnya untuk merancang bahan detektor baru yang dapat membantu menemukan materi gelap “terang”.


Setiap tahun, selama pekan tanggal 31 Oktober, para ilmuwan di seluruh dunia merayakan perburuan bersejarah materi gelap – materi yang tidak terlihat oleh cahaya tetapi membentuk lebih dari 80% massa total alam semesta. Tetapi untuk Sinéad Griffin (https://foundry.lbl.gov/about/staff/sinead-griffin/), seorang ilmuwan staf di Divisi Ilmu Material dan Pengecoran Molekuler Berkeley Lab (https://foundry.lbl.gov/), Dark Matter Day (https://www.darkmatterday.com/) adalah sesuatu yang dirayakan setiap hari, tidak hanya setahun sekali.

Itu karena dia telah mencurahkan sebagian besar karirnya untuk merancang material detektor baru yang dapat membantu menemukan materi gelap – mirip dengan alat yang dapat mendeteksi benda-benda kecil yang berbenturan di malam hari – dengan menemukan jejak partikel materi gelap yang dikenal sebagai “cahaya materi gelap. “

Setelah mendapatkan gelar Ph.D. dalam bidang fisika pada tahun 2014 dari ETH Zürich, di Swiss, Griffin bergabung dengan Berkeley Lab pada tahun 2015 sebagai rekan postdoctoral dari Yayasan Sains Nasional Swiss. Pada 2016, ia dinobatkan sebagai Inovator Muda Tembok Jatuh Bay Area; dan tahun berikutnya dia menerima Penghargaan Masyarakat Fisika Swiss untuk Fisika Umum. Pada tahun 2018, ia memenangkan penghargaan Penelitian dan Pengembangan yang Disutradarai oleh Laboratorium Karir Awal Lab Berkeley serta tempat pertama di Lab-Wide Research Slam perdana Berkeley Lab untuk ceramahnya, berjudul “Dark Matters.”

Selain karyanya pada materi lanjutan, Griffin telah membimbing calon ilmuwan muda melalui program magang Pengembangan & Pendidikan Tenaga Kerja Berkeley Lab (https://education.lbl.gov/internships/). Dan sejak 2010, dia telah mengajar di seluruh Afrika sebagai bagian dari Sekolah Afrika tentang Struktur Elektronik: Teori dan Aplikasi (ASESMA), yang bertujuan untuk memperkenalkan peneliti dan siswa Afrika pada teori struktur elektronik. Dan untuk mempromosikan kolaborasi antara AS dan Afrika, dia baru-baru ini ikut mendirikan Prakarsa AS-Afrika (https://usafricainitiative.org/), yang dianugerahi Dana Inovasi Masyarakat Fisik Amerika yang pertama.

Dalam Tanya Jawab ini, Griffin berbagi pemikirannya tentang penelusurannya untuk materi gelap terang, tantangan desain material utama, dan budaya “ilmu tim” kolaboratif Berkeley Lab.

T: Jenis penelitian apa yang Anda lakukan di Berkeley Lab?

Griffin: Saya mengerjakan teori material kuantum, yang mencoba mencari tahu mengapa material berperilaku seperti itu, dan membuat mereka melakukan hal-hal menarik.

Saya bekerja dengan teori dan simulasi di Berkeley Lab – jadi daripada melakukan eksperimen di laboratorium fisik, kami memikirkan tentang apa yang dapat kami lakukan pada suatu material, atau apa yang dapat kami lakukan pada suatu struktur, yang dapat kami simulasikan dengan sangat akurat di komputer. Ada banyak eksperimen yang dapat kami lakukan di komputer dengan lebih cepat dan lebih efisien daripada di lab.

Banyak dari apa yang kami lakukan adalah berkolaborasi dengan eksperimentalis. Mereka melihat sesuatu yang aneh dan berkata, “Bisakah Anda membantu kami memahami ini?”

Kami juga mencoba menginspirasi eksperimen baru. Misalnya, baru-baru ini saya ikut menulis artikel ulasan dengan bagian berjudul “Dari Mimpi ke Realitas”. (https://www.cambridge.org/core/journals/mrs-advances/article/beyond-expectation-advanced-materials-design-synthesis-and-processing-to-enable-novel-ferroelectric-properties-and-applications / 59F9F262D9695C91A7C53CC51C0835FB) Dan ide di balik ini adalah, “Bisakah kita memasak dalam imajinasi kita bahan dengan properti mewah tertentu – seperti mendeteksi materi gelap, atau sel surya yang sangat efisien, atau dalam hal ini feroelektrik? Jika kita memiliki sesuatu dalam pikiran kita yang ingin kita rancang menjadi material, bagaimana kita melakukannya? Dan apa metode dan alat untuk melakukan itu? ”

T: Sebagai ilmuwan material kuantum, apa yang membuat Anda tertarik pada materi gelap?

Griffin: Saya mengambil gelar master dalam teori medan kuantum di Imperial College London, dan Tom Kibble (https://www.nytimes.com/2016/07/20/science/tom-kibble-physicist-who-helped-discover- the-higgs-mekanisme-dies-at-83.html) [a physicist at the Imperial College London who helped discover the Higgs boson] adalah salah satu fakultas senior di sana. Dia telah melakukan beberapa pekerjaan menggunakan sistem material solid-state untuk menguji teori fisika energi tinggi, seperti yang disebut mekanisme “Kibble-Zurek” yang menjelaskan bagaimana cacat terbentuk di alam semesta awal.

Saya memiliki beberapa percakapan yang menyenangkan dengannya ketika saya masih menjadi mahasiswa di sana, dan itulah mengapa saya memutuskan untuk mengambil gelar Ph.D. dalam kelompok teori material di UC Santa Barbara. Dia membantu saya menyadari bahwa saya dapat menjawab pertanyaan jenis fisika berenergi tinggi – pertanyaan mendasar tentang sifat alam semesta, “Mengapa kita ada di sini?” jenis pertanyaan – tetapi dengan sistem solid-state, atau materi dunia nyata yang sebenarnya.

Ketika saya masih di UC Santa Barbara, saya baru saja menyelesaikan proyek superkonduktivitas – sesuatu yang sama sekali berbeda. Dan ternyata ada seorang profesor tamu yang sekantor dengan saya. Dan dia menunjukkan kepada saya beberapa gambar yang sangat bagus dari bahan multiferroik yang disebut manganit heksagonal, tetapi bagi saya gambar-gambar itu terlihat seperti jenis string kosmik. [of the early universe] seperti yang telah diprediksi Kibble.

Itu membawa saya pada gagasan bahwa fisika alam semesta awal sebenarnya dapat disimulasikan dalam materi nyata – dan itu akhirnya mengambil alih gelar Ph.D. tesis.

Melalui pekerjaan itu, saya adalah orang pertama yang menguji dan memverifikasi teori mekanisme Kibble-Zurek – yang merupakan teori terkenal yang memprediksi transisi fase alam semesta awal – dalam bahan kristal.

Kibble telah meninggal dunia, tetapi saya memiliki kesempatan untuk menunjukkan kepadanya hasil studi saya di sebuah konferensi menjelang akhir Ph.D. program. Sangat menyenangkan mendengar dia berkata, “Sangat bagus. Tidak ada yang pernah melakukan ini sebelumnya. ”

T: Apa itu materi gelap terang, dan bagaimana hal itu dapat membantu ilmuwan menemukan bukti materi gelap?

Griffin: Kami tahu dari pengamatan yang berbeda di alam semesta bahwa materi gelap mungkin ada dan memiliki massa. Masalahnya adalah kita hanya mengetahui massa total materi gelap, tetapi kita tidak tahu seberapa besar potongan individu – partikelnya. Sebuah partikel materi gelap bisa sangat besar, seperti ukuran lubang hitam, atau bisa 10 kali lebih kecil dari elektron – tetapi kita tidak tahu seberapa besar atau terbuat dari apa.

Mencoba menemukan sesuatu yang besar jauh lebih mudah daripada mencoba menemukan sesuatu yang kecil. Dan cara kerja pencarian materi gelap yang ada adalah para ilmuwan memiliki wadah besar yang terbuat dari suatu materi, dan materi gelap terbang masuk dan mengenai salah satu atom di materi tersebut. Dan kemudian mereka mencoba untuk mengukur apakah atom-atom dalam materi telah bergerak sebagai respons terhadap serangan materi gelap. Tapi kita masih belum tahu seberapa besar partikel materi gelap, dan kita masih mencari materi gelap. Jadi itu membuat kita percaya bahwa itu mungkin bukan partikel yang sangat besar karena kita mungkin sudah menemukannya.

Jadi ide di balik eksperimen materi gelap terang adalah mulai berpikir, “Nah, jika materi gelap lebih terang, bagaimana ia akan mulai berinteraksi dengan materi?” Karena partikel materi gelap terang yang menabrak atom seperti kelereng yang menabrak batu besar – ia tidak akan menggerakkan atom atau batu itu.

Dan materi kuantum adalah kunci untuk pencarian materi gelap terang karena kita perlu memikirkan materi baru dengan “kuasipartikel” – benda yang bertindak seperti partikel – yang tidak terlalu berat, sehingga akan merespons interaksi yang sangat terang dengan partikel materi gelap terang . Banyak pekerjaan teori material kuantum yang saya lakukan adalah untuk aplikasi tertentu seperti komputasi kuantum atau mikroelektronika, dan kita sudah tahu seperti apa solusinya dalam kasus tersebut. Tapi pencarian materi gelap adalah tantangan desain material utama, karena kita tidak tahu apa-apa tentang materi gelap. Kami mencoba untuk menemukan semua kombinasi bahan yang berbeda yang akan dapat menguji teori yang berbeda tentang materi gelap.

T: Saran apa yang akan Anda berikan kepada peneliti karier awal yang mencoba untuk memutuskan antara berkarir di industri atau di lab nasional?

Griffin: Tanyakan pada diri Anda, “Apa yang membuat Anda bangun di pagi hari? Hal apa yang akan membuat Anda tetap termotivasi dan membuat Anda tetap puas dan tertantang? ” Bagi saya, melakukan penelitian murni adalah gagasan saya tentang apa yang ingin saya lakukan dengan hidup saya. Saya ingin mengajukan pertanyaan besar dan memecahkan masalah yang belum pernah terpikirkan sebelumnya.

Juga, pertimbangkan lingkungan seperti apa Anda ingin bekerja. Menurut saya, menjadi ilmuwan di laboratorium nasional seperti Lab Berkeley memberi saya kesempatan unik untuk bekerja dengan orang-orang terpintar dan paling kreatif untuk memecahkan pertanyaan sains terbesar – dan saya interaksi dengan ilmuwan lain adalah bagian besar dari mengapa saya menikmati apa yang saya lakukan.

Molecular Foundry adalah fasilitas pengguna DOE Office of Science yang berlokasi di Berkeley Lab.

Selengkapnya: • VIDEO: “Misteri yang Belum Terpecahkan tentang Materi Gelap,” 19 Oktober 2020. (https://www.youtube.com/watch?v=xRQd3kicgwc&feature=youtu.be)

### Didirikan pada tahun 1931 dengan keyakinan bahwa tantangan ilmiah terbesar sebaiknya ditangani oleh tim, Lawrence Berkeley National Laboratory (http://www.lbl.gov/) dan para ilmuwannya telah diakui dengan 14 Hadiah Nobel. Saat ini, peneliti Berkeley Lab mengembangkan energi berkelanjutan dan solusi lingkungan, menciptakan bahan baru yang berguna, memajukan batas komputasi, dan menyelidiki misteri kehidupan, materi, dan alam semesta. Ilmuwan dari seluruh dunia mengandalkan fasilitas Lab untuk ilmu penemuan mereka sendiri. Berkeley Lab adalah laboratorium nasional multiprogram, yang dikelola oleh University of California untuk Kantor Sains Departemen Energi AS.

Kantor Sains DOE adalah pendukung terbesar penelitian dasar dalam ilmu fisika di Amerika Serikat, dan sedang berupaya untuk mengatasi beberapa tantangan paling mendesak di zaman kita. Untuk informasi lebih lanjut, silakan kunjungi energy.gov/science.

Diposting Oleh : https://singaporeprize.co/

About the author