Parçacık fizikçisi, “Bildiğimiz yapı taşlarından daha fazla yapı taşı olması gerekiyor” diyor.
Kerstin Perez, karanlık maddenin izlerini arıyor. Görünmez madde, evrendeki maddenin yüzde 84’ünü bünyesinde barındırıyor ve tüm galaksilerin birbirinden ayrılmasını önleyen güçlü bir kozmik yapıştırıcı olduğu düşünülüyor. Yine de, parçacıkların kendileri sıradan madde üzerinde neredeyse hiç iz bırakmazlar ve şimdiye kadarki tüm tespit çabalarını engeller.
Perez, parçacık fizikçisi MİT, 2022’nin sonlarında Antarktika stratosferine fırlatılacak yüksek irtifa balon deneyinin geride bıraktığı parçacıklarda dolaylı karanlık madde belirtileri yakalayacağını umuyor. Böyle bir bulgu, karanlık maddenin anlaşılması zor doğasını önemli ölçüde aydınlatacaktır.
Perez’in yardımcı liderliğindeki deney, Genel AntiParticle Spektrometresi veya GAPS’dir. NASA-karanlık madde imha ürünlerini tespit etmeyi amaçlayan finanse edilen görev. İki karanlık madde parçacığı çarpıştığında, bu etkileşimin enerjisinin, Dünya’nın stratosferine nüfuz edebilen kozmik ışınlar olarak galaksiden geçen antideuteronlar da dahil olmak üzere diğer parçacıklara dönüştürülebileceği düşünülüyor. Antideuteronlar varsa, gökyüzünün her yerinden gelmeleri gerekir ve Perez ve meslektaşları, GAPS’nin onları tespit etmek için tam olarak doğru irtifa ve hassasiyette olmasını umuyor.
Kerstin Perez, “Evren hakkında çok şey ölçüyoruz ama aynı zamanda evrenin nelerden oluştuğuna dair büyük parçaları tamamen kaçırdığımızı da biliyoruz” diyor. Kredi bilgileri: Adam Glanzman
MIT Fizik Bölümü’nde bu yıl göreve hak kazanan Perez, “Kendimizi gerçekten gördüğümüz şeyin bu olduğuna ikna edebilirsek, bu bize karanlık maddenin ne olduğu konusunda yardımcı olabilir” diyor.
GAPS’ye ek olarak, Perez’in çalışması, süpernova ve yer ve uzay teleskopları tarafından yakalanan diğer astrofiziksel olaylarda karanlık madde ve diğer egzotik parçacıkları aramak için yöntemler geliştirmeye odaklanıyor.
“Evren hakkında çok şey ölçüyoruz, ancak aynı zamanda evrenin nelerden oluştuğunun büyük parçalarını tamamen kaçırdığımızı da biliyoruz” diyor. “Bildiklerimizden daha fazla yapı taşı olması gerekiyor. Ben de onların peşinden gitmek için farklı deneysel yöntemler seçtim.”
İnşa etmek
Batı Philadelphia’da doğup büyüyen Perez, çoğunlukla sanat ve el sanatları, çizim ve tasarım ve inşaat alanlarında kendini tanımlayan bir “ev çocuğuydu”.
“İki tutkal tabancam vardı ve oyuncak bebeklere çok önem verdiğim için değil, satın alıp inşa edebileceğiniz bir şey olduğu için oyuncak bebek evleri inşa etmeye başladığımı hatırlıyorum” diye hatırlıyor.
Güzel sanatlara devam etme planları üçüncü yılında ilk fizik dersine girdiğinde değişti. Sınıf arkadaşları için zorlayıcı olan materyaller Perez’e daha doğal geldi ve ertesi yıl aynı öğretmen tarafından bulaşıcı bir merakla öğretilen hem fizik hem de matematik için kaydoldu.
“Bir gün tahtanın üçte ikisini kaplayan bir türetme yaptı ve geri çekildi ve ‘Ne kadar güzel değil mi? Onu silemem.’ Ve etrafına bir çerçeve çizdi ve sınıfın geri kalanı için tahtanın o küçücük üçte birlik kısmında çalıştı,” diye hatırlıyor Perez. “Bana öyle bir coşku geldi ki.”
O kadar şenlendi ki, liseden sonra yola çıktı. Kolombiya Üniversitesi, burada fizik dalında yüksek lisans yaptı. Araştırmada deneyim isteyen bir nanoteknoloji laboratuarında gönüllü olarak karbon nanotüpleri görüntüledi.
Perez, “Bu benim dönüm noktamdı,” diye hatırlıyor. “Bir şeyler inşa etme, yaratma ve tasarlama konusundaki tüm geçmişim bu fizik bağlamında bir araya geldi. O andan itibaren deneysel fizik araştırmalarında satıldım.”
Ayrıca, o zamanlar Columbia’da profesör olan MIT’den Janet Conrad tarafından verilen modern bir fizik dersi aldı. Sınıf, öğrencileri parçacık fiziğiyle ve karanlık maddeyi ve diğer egzotik parçacıkları tespit etmek için devam eden deneylerle tanıştırdı. En çok vızıltı üreten dedektör CERNCenevre’deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı. LHC dünyanın en büyük parçacık hızlandırıcısı olacaktı ve yakında devreye girmesi bekleniyordu.
Perez, Columbia’dan mezun olduktan sonra batıya, Caltech’e uçtu ve burada lisansüstü çalışmasının bir parçası olarak CERN’e gitme fırsatı buldu. LHC’nin sıradan, iyi bilinen parçacıkları ölçmek için tasarlanmış piksel dedektörlerinden birinin kalibre edilmesine yardımcı olduğu için bu deneyim paha biçilmezdi.
Perez, “Bu deneyim bana, enstrümanınızı ilk açtığınızda, yeni bir şeye baktığınızı iddia etmeden önce, orada olduğunu bildiğiniz şeyleri gerçekten iyi ölçebildiğinizden emin olmanız gerektiğini öğretti” diyor.
Sınıfın önünde
CERN’deki işini bitirdikten sonra yeni bir fikir vermeye başladı. LHC, karanlık maddeyi aramak için parçacıkları yapay olarak bir araya getirmek için tasarlanırken, daha küçük projeler uzayda, doğal ortamlarında aynı parçacıkların peşinden gidiyordu.
Perez, “Karanlık maddeye dair elimizdeki tüm kanıtlar, astrofiziksel gözlemlerden geliyor, bu yüzden orada ipuçlarını aramak mantıklı” diyor. “Sıfırdan, bize karanlık madde hakkında bir şeyler anlatabilecek bir deneyi temelde tasarlama ve inşa etme fırsatını istedim.”
Bu fikirle, GAPS balon deneyini yerden kaldırmak için çalışan çekirdek ekibe katıldığı Columbia’ya döndü. Doktora sonrası olarak, deneyin 1000’den fazla silikon detektörünü imal etmek için uygun maliyetli bir yöntem geliştirdi ve o zamandan beri deneyin silikon detektör programını yönetmeye devam etti. Daha sonra 2015 yılında memleketine yakın Haverford College’da fakülte pozisyonunu kabul etti.
Perez, “Bir buçuk yıldır oradaydım ve burayı kesinlikle çok sevdim” diyor.
Haverford’dayken sadece fizik araştırmalarına değil, aynı zamanda öğretime de girdi. Kolej, öğretim üyelerine derslerini iyileştirmelerine yardımcı olacak bir program sundu; her bir profesör, öğretim tarzlarını gözlemlemek ve geri bildirimde bulunmak üzere eğitilmiş bir lisans öğrencisi ile haftalık olarak toplantı yaptı. Perez, bir gün onunla bir giriş kursunda yaşadığı hoş olmayan bir deneyimi paylaşan ve sonuçta onu bir bilgisayar bilimleri ana dalını ilan etmekten caydıran renkli bir kız öğrenciyle eşleştirildi.
Öğrenciyi dinlerken, genellikle ileri fizik sınıflarında, laboratuvarlarda, deney takımlarında ve fakülte kadrolarında tek renkli kadın olan Perez, bir akrabalık ve bir çağrı fark etti. O andan itibaren, fizik çalışmasına ek olarak, yeni bir araştırma yönünü keşfetmeye başladı: aidiyet.
Çeşitlilik ve kapsayıcılık konularını ve fizik, bilgisayar bilimi ve diğer STEM disiplinlerinde yetersiz temsile katkıda bulunan sistemik faktörleri anlamak için sosyal psikologlara ulaştı. Ayrıca, yeterince temsil edilmeyen öğrencileri elde tutma motivasyonuyla, öğrenciler arasında aidiyeti teşvik etmek için sınıf uygulamaları geliştirmek için eğitim araştırmacılarıyla işbirliği yaptı.
2016 yılında MIT fizik fakültesine katılma teklifini kabul etti ve Haverford’da başladığı kapsayıcı öğretim üzerine çalışmasını beraberinde getirdi. MIT’de parçacık fiziği alanındaki araştırmasını öğretimle ve daha kapsayıcı bir sınıf oluşturmayla dengeledi.
“Eğitmenler için ‘Müfredatımı tamamen yenilemem ve sınıfımı değiştirmem gerekiyor, ama çok fazla araştırmam var ve öğretmenlik işimin küçük bir parçası ve açıkçası çoğu zaman ödüllendirilmiyor’ diye düşünmesi kolay.” diyor Perez. “Ancak araştırmaya bakarsanız, çok fazla bir şey sürmüyor. Sınıfın önünde yer alan öğretmenler olarak yaptığımız küçük şeyler, büyük bir etkiye sahip.”