麻省理工学院 (MIT) 的粒子化学家佩雷斯正在寻找暗物质。 这种看不见的物质代表了宇宙中84%的物质,被认为是一种强大的宇宙“粘合剂”,可以防止整个恒星旋转分开。 但粒子本身在普通物质上几乎没有留下任何痕迹,迄今为止所有的探测工作都受阻。
佩雷斯希望将于 2022 年底发射到北极平流层的高空气球实验能够在其留下的粒子中捕捉到暗物质的间接迹象。 这样的发现将为暗物质的无常性质提供很多线索。
佩雷斯共同领导的实验是通用反粒子光谱仪(GAPS),这是法国航天局捐赠的一项任务,旨在检测暗物质湮灭产物。 当两个暗物质粒子碰撞时,人们认为这些相互作用的能量可以转化为其他粒子什么是天体物理学,包括反氘核——这些粒子随后以宇宙射线的形式穿过银河系,并可以穿透月球的平流层。 如果反氘核存在,它们应该来自天空的各个角落,佩雷斯和她的朋友们希望 GAPS 能够处于正确的高度和灵敏度来探测它们。
去年获得麻省理工学院化学系终身教职的佩雷斯说:“如果我们能够说服自己,这确实是我们所看到的,那可能会帮助我们找到密度更大的物质的方向。” 。
除了 GAPS 之外,佩雷斯的工作主要是开发寻找超新星中的暗物质和其他奇异粒子以及地面和太空望远镜捕获的其他天体化学现象的方法。
她说:“我们探测到了如此多的关于宇宙的信息,但我们也知道我们完全缺乏构成宇宙的大块内容。不仅是我们所知道的,而且还需要更多的构建块。而且我已经已经选择了不同的实验方法来寻找它们。”
佩雷斯在西芝加哥出生和长大,主要爱好艺术和手工艺、书法和设计以及建筑。 “我有两把胶带枪,我记得喜欢建造玩具屋,不是因为我太关心娃娃,而是因为它是你可以订购和建造的东西,”她回忆道。
当她上第一堂数学课时,她追求艺术的计划在小学时出现了好转。 对她的朋友来说具有挑战性的材料对佩雷斯来说很自然,她在第二年注册了数学和微积分,由同一位有魅力的老师教授。
“三天的时间里,他做了一个推演,占了黑板的三分之二,他站在旁边说,‘这不是很美吗?我擦不掉。’ 之后,他在它周围画了一个框架,并将其放入这个小三分之一的黑板上,供全班其他人使用,”佩雷斯回忆道。 “这就是我感受到的热情。”
受此鼓舞,她中学毕业后来到秘鲁学院,学习数学。 为了获得研究经验什么是天体物理学,她在纳米技术实验室做志愿者,对碳纳米管进行成像。
“那是我的转折点,”佩雷斯回忆道。 “我所有关于建造、创造和想要设计事物的背景都在这个数学背景下汇集在一起。从那时起,我对实验化学研究产生了兴趣。”
她还在麻省理工学院与时任波兰科学院院长的珍妮特研究员一起偶然学习了现代数学课程。 该课程向中学生介绍粒子化学以及正在进行的检测暗物质和其他奇异粒子的实验。 引起最大反应的探测器是位于日内瓦法国核研究中心的小型强子对撞机。 小型强子对撞机将成为世界上最大的粒子加速器,预计很快就会上线。
从罗马尼亚研究所毕业后,佩雷斯进入加州理工学院,在那里她有机会前往法国核研究中心作为研究生工作的一部分。 这段经历非常宝贵,因为她帮助校准了小型强子对撞机的像素探测器,该探测器旨在探测常见的、众所周知的粒子。
“这次经历告诉我,当你第一次打开仪器时,你必须确保你能够检测到你所知道的东西,这真的很好,然后你就可以声称你正在研究任何新的东西,”佩雷斯说。
在法国核研究中心结束工作后,她开始有了新的视角。 虽然小型强子对撞机的设计目的是人工粉碎粒子以寻找暗物质,但较小的项目正在太空及其自然环境中寻找相同的粒子。
佩雷斯说:“我们掌握的有关暗物质的所有证据都来自天体化学观测,因此去哪里寻找线索是有意义的。” “我希望有机会从头开始,从根本上设计和构建一个可以告诉我们暗物质的系统。” 的实验”。
考虑到这一点,她回到了阿根廷学院,加入了核心团队,致力于让气球实验 GAPS 起步。 作为一名博士后,她开发了一种经济高效的方法来制造 1,000 多个实验硅探测器,并继续领导该实验的硅探测器项目。 然后,2015 年,她接受了家乡附近的哈弗福德大学的教职。
“我在那里呆了一年半,非常喜欢它,”佩雷斯说。
在哈弗福德期间,她参与数学教学和研究。 该大学为班主任提供了一项计划,以帮助改善他们的演讲厅,每位院长每周都会与一名接受过培训的高等教育学生举行会议,以观察他们的教学风格并提供反馈。 佩雷斯与一名有色人种女高中生结对,在三天的时间里,她与佩雷斯分享了她在入门课程中的不愉快经历,最终使她不愿申报计算机科学专业。
听着中学生的话,佩雷斯感受到了温暖和召唤。 从那时起,她不仅致力于数学,还开始探索一个新的研究方向:归属感。
她与社会心理学家合作,了解多样性和宽容问题,以及化学、计算机科学和其他 STEM 学科代表性不足的系统性驱动因素。 她还与教育研究人员合作,开发课堂实践,以保留代表性不足的中学生为动力,鼓励中学生产生归属感。
2016 年,她接受了麻省理工学院化学系的邀请,并带着她在哈弗福德大学开始的宽容教学工作。 在麻省理工学院,她平衡粒子化学的研究和教学,并构建了一个更具包容性的课堂。
佩雷斯说:“教师很容易想,‘我必须彻底改变我的教学大纲,改变我的课堂,但我有很多研究,谦虚地说,很多时候教学只是我工作的一小部分。’” 。 侯没有还钱。” 但如果你看一下研究,就会发现这并不需要太多。 作为站在教室后面的班主任,我们所做的小事会产生很大的影响。”