Talento

Medindo o invisível
O físico de partículas Lindley Winslow busca as menores partículas do universo para obter respostas às suas maiores questões.
Por Jennifer Chu - 25/03/2021


O físico de partículas do MIT Lindley Winslow busca as menores partículas do universo para obter respostas às suas maiores questões. Créditos :Imagem: M. Scott Brauer

Quando ela entrou no campo da física de partículas no início dos anos 2000, Lindley Winslow foi levada para o centro de um enorme experimento para medir o invisível.

Os cientistas estavam finalizando o Detector Cintilador Líquido Antineutrino Kamioka, ou KamLAND, um detector de partículas do tamanho de um prédio construído dentro de uma mina cavernosa nas profundezas dos Alpes japoneses. O experimento foi projetado para detectar neutrinos - partículas subatômicas que passam bilhões pela matéria comum.

Os neutrinos são produzidos em qualquer lugar onde as partículas interagem e decaem, desde o Big Bang até a morte de estrelas em supernovas. Eles raramente interagem com a matéria e, portanto, são mensageiros imaculados dos ambientes que os criaram.

Em 2000, os cientistas observaram neutrinos de várias fontes, incluindo o sol, e levantaram a hipótese de que as partículas estavam se transformando em diferentes “sabores” por oscilação. KamLAND foi projetado para observar a oscilação, em função da distância e da energia, nos neutrinos gerados pelos reatores nucleares japoneses próximos.

Winslow juntou-se ao esforço KamLAND no verão antes da graduação e passou meses no Japão, ajudando a preparar o detector para operação e, em seguida, coletando dados.

“Aprendi a dirigir uma transmissão manual em cruzadores terrestres reforçados para dentro da mina, passando por uma cachoeira e descendo um longo túnel, onde tivemos que subir uma colina íngreme até o topo do detector”, diz Winslow.

Em 2002, o experimento detectou oscilações de neutrinos pela primeira vez.

“Foi um daqueles momentos da ciência em que você sabe algo que ninguém mais no mundo sabe”, lembra Winslow, que fez parte da colaboração científica que recebeu o Prêmio Revelação em Física Fundamental em 2016 pela descoberta.

A experiência foi fundamental para moldar a carreira de Winslow. Em 2020, ela recebeu o cargo de professora associada de física no MIT, onde continua a procurar neutrinos, com o KamLAND e outros experimentos de detecção de partículas que ela ajudou a desenvolver.

“Gosto do desafio de medir coisas que são muito, muito difíceis de medir”, diz Winslow. “A motivação vem de tentar descobrir os menores blocos de construção e como eles afetam o universo em que vivemos.”

Medindo o impossível

Winslow cresceu em Chadds Ford, Pensilvânia, onde explorou as florestas e riachos próximos, e também aprendeu a andar a cavalo, mesmo cavalgando competitivamente no colégio.

Ela se voltou para o oeste para a faculdade, com a intenção de estudar astronomia, e foi aceita na Universidade da Califórnia em Berkeley, onde felizmente passou a próxima década, ganhando primeiro um diploma de graduação em física e astronomia, depois um mestrado e doutorado em física.

No meio da faculdade, Winslow aprendeu sobre física de partículas e os grandes experimentos para detectar partículas elusivas. Uma busca por um projeto de pesquisa de graduação a apresentou à Pesquisa Criogênica de Matéria Escura, ou CDMS, um experimento que foi executado no campus da Universidade de Stanford. O CDMS foi projetado para detectar partículas massivas de interação fraca, ou WIMPS - partículas hipotéticas que se pensa compreenderem matéria escura - em detectores envoltos em cobre ultrapuro. Para seu primeiro projeto de pesquisa, Winslow ajudou a analisar amostras de cobre para a próxima geração do experimento.

“Gostei de ver como todas essas peças funcionavam juntas, desde a obtenção do cobre até descobrir como construir um experimento para medir basicamente o impossível”, diz Winslow.

Seu trabalho posterior com KamLAND, facilitado por seu professor de mecânica quântica e eventual orientador de tese, a inspirou ainda mais a projetar experimentos para procurar neutrinos e outras partículas fundamentais.

“Pequenas partículas, grandes questões”

Após completar seu PhD, Winslow assumiu uma posição de pós-doutorado com Janet Conrad, professora de física no MIT. No grupo de Conrad, Winslow tinha liberdade para explorar ideias além dos projetos principais do laboratório. Um dia, depois de assistir a um vídeo sobre nanocristais, Conrad se perguntou se os materiais em escala atômica poderiam ser úteis na detecção de partículas.

“Lembro-me dela dizendo: 'Esses nanocristais são muito legais. O que podemos fazer com eles? Vai!' E eu fui e pensei sobre isso ”, diz Winslow.

Ela logo voltou com uma ideia: e se nanocristais feitos de isótopos interessantes pudessem ser dissolvidos em cintilador líquido para realizar uma detecção de neutrino mais sensível? Conrad achou que era uma boa ideia e ajudou Winslow a buscar subsídios para dar início ao projeto.

Em 2010, Winslow recebeu a bolsa L'Oréal para Mulheres na Ciência e uma bolsa que ela colocou para o experimento nanocristal, que ela chamou de NuDot, para os pontos quânticos (um tipo de nanocristal) que ela planejava trabalhar em um detector. Quando ela terminou seu pós-doutorado, ela aceitou um cargo de docente na Universidade da Califórnia em Los Angeles, onde continuou a fazer planos para NuDot.

Uma pechincha fria

Winslow passou dois anos na UCLA, numa época em que a busca por neutrinos girava em torno de um novo alvo: o decaimento beta duplo sem neutrinos, um processo hipotético que, se observado, provaria que o neutrino também é sua própria antipartícula, o que ajudaria a explique por que o universo tem mais matéria do que antimatéria.

No MIT, o professor de física e chefe do departamento Peter Fisher estava procurando contratar alguém para explorar o decaimento do beta duplo. Ele ofereceu o emprego a Winslow, que negociou em troca.

“Eu disse a ele que queria um refrigerador de diluição”, lembra Winslow. “O preço base para um desses não é pequeno e está exigindo muito da física de partículas. Mas ele estava tipo, 'pronto!' ”

Winslow se juntou ao corpo docente do MIT em 2015, montando seu laboratório com um novo refrigerador de diluição que permitiria que ela resfriasse cristais macroscópicos a temperaturas de milikelvin para procurar assinaturas de calor de decaimento beta duplo e outras partículas interessantes. Hoje ela continua a trabalhar no NuDot e na nova geração do KamLAND, e também é um membro chave do CUORE, um experimento subterrâneo massivo na Itália com um refrigerador de diluição muito maior, projetado para observar o decaimento beta duplo sem neutrinol.

Winslow também deixou sua marca em Hollywood . Em 2016, ao se estabelecer no MIT, um colega da UCLA a recomendou como consultora para o remake do filme “Caça-Fantasmas”. O departamento de cenografia estava procurando ideias para montar o laboratório de um dos personagens do filme, um físico de partículas. “Eu tinha acabado de herdar um laboratório com uma grande quantidade de lixo que precisava ser limpo - caixas gigantescas cheias de equipamentos científicos antigos, alguns dos quais começaram a enferrujar”, ​​diz Winslow. “[Os produtores] vieram ao meu laboratório e disseram: 'Isso é perfeito!' E no final foi uma colaboração muito divertida. ”

Em 2018, seu trabalho deu uma guinada surpreendente quando ela foi abordada pelo teórico Benjamin Safdi, então no MIT, que com o físico do MIT Jesse Thaler e o ex-aluno Yonatan Kahn PhD '15 desenvolveram um experimento mental chamado ABRACADABRA , para detectar outra partícula hipotética , o axião, ao simular um magnetar - um tipo de estrela de nêutrons com campos magnéticos intensos que deve tornar quaisquer axions em interação brevemente detectáveis. Safdi ouviu falar da geladeira de Winslow e se perguntou se ela poderia projetar um detector dentro dela para testar a ideia.

“Foi um exemplo da maravilha que é o MIT”, lembra Winslow, que aproveitou a oportunidade para projetar um experimento inteiramente novo. Em sua primeira operação bem-sucedida, o detector ABRACADABRA não relatou nenhuma evidência de axions. A equipe agora está projetando versões maiores, com maior sensibilidade, para aumentar a estabilidade de detectores em crescimento de Winslow.

“Tudo isso faz parte da visão do meu grupo para os próximos 25 anos: construir grandes experimentos que possam detectar pequenas partículas, para responder a grandes questões”, diz Winslow.

 

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