어두운 별을 찾아

9 월, 캐서린 프리즈 (Katherine Freese)는 스웨덴 스톡홀름에있는 노르딕 이론 물리학 연구소 인 노르 디타 (Nordita) 세계에서 가장 유명한 이론 기관 중 하나를 차지할 것입니다. 다음 3 년 동안 우주에서 가장 깊은 신비, 특히 어둠의 정체성을 숙고 한 그녀의 기반이 될 것입니다. 특히 우주에서 미사의 대부분을 구성하지만 물리학 자의 수색에서 스스로를 드러내기를 완고하게 거부했습니다.

현재 미시간 대학교 (University of Michigan)의 George E. Uhlenbeck 교수 인 이론적 천체 물리학자인 Freese는 인플레이션 이론에 큰 기여를했으며, 즉시 빅뱅을 따라 갔다고 생각되는 기하 급수적으로 빠른 확장의 간단한 파열은 어두운 에너지에 대한 설명을 제안했다.

학부생으로서 Freese는 Princeton University에서 물리학 전공의 최초의 여성 중 한 명이었습니다. 그녀는 Columbia University에서 공부하여 시카고 대학교의 전설적인 David Schramm의 대학원생이되어 새로운 분야의 천체 물리학 분야에서 개척자들의 악명 높은“시카고 마피아”회원을 얻었습니다.

최근에 그녀는 어두운 별이라고 불리는 암흑 물질로 구동되는 천문학적 물체가 우주의 첫 번째 별일 수 있다고 제안했다.

5 월, 프린스턴 대학 출판부는 그녀의 책“The Cosmic Cocktail”을 출판했습니다. 일반적인 청중을 위해 의도 된이 책은 암흑 물질을 이해하려는 과학적 탐구와 물리학에서 여성으로서의 경험을 설명합니다.

"내 경력 전체에서 나는 항상 물리학에서 여성이라는 것을 알고있었습니다."라고 그녀는 말했습니다. "모든 방, 내가 들어온 모든 회의, 모든 머리는 머리가 바뀔 것입니다." 그녀는 스톡홀름으로의 이사는 과학에서 여성의 문화적 수용에 부분적으로 동기를 부여하고 있다고 말했다. "지구 전체에서 내가 알 수있는 한, 여자가 과학을하기에 가장 좋은 곳은 스칸디나비아입니다."

Quanta Magazine은 최근 뉴욕시에서 Freese를 인터뷰했습니다. 그 인터뷰의 편집 된 발췌문이 뒤 따릅니다.

Quanta Magazine :Nordita에 대해 알려주세요.

캐서린 프리즈 :노르 디타는 스칸디나비아와 아이슬란드를 포함한 북유럽 국가의 이론 물리학 연구소입니다. 세계에서 가장 유명한 이론적 물리 기관 중 하나입니다.

Nordita의 감독이 된 이유는 무엇입니까?

중요한 성분은 스톡홀름을 좋아해야한다는 것입니다. 나는 Oskar Klein Cosmoparticle Physics Center의 이사회에 있었고, 매년 1 ~ 2 년 동안 나를 데려 갔다. 나는 스톡홀름을 알게되었고, 지구상에서 가장 아름다운 곳, 아름다운 도시, 많은 물-보트를 타는 것을 좋아합니다-정말 친숙한 사람들입니다.

그러나 그것은 충분하지 않았을 것입니다. 지구상의 주요 기관 중 하나를 지시 할 수있는이 기회는 흥미 롭습니다. 시도해 볼 수있는 리더십 위치입니다. 그러나 나는 스톡홀름으로 영구적으로 움직이지 않습니다. 나는 미시간에서 휴가를 떠날 것입니다.

왜 Dark Matter를 연구 경력의 중심 초점으로 만들었습니까?

나는 그것이 내가 한 결정이라고 생각하지 않습니다. 나는 그것에 들어갔다가 계속 진행되었습니다.

나는 일리노이 주 Fermilab에서 컬럼비아 대학원생으로서 실험을하고있었습니다. 나는 일주일에 두 번 시카고시에 들어가는 변명을 원했기 때문에 David Schramm과 우주론에 가입했습니다. Schramm은 거인이었고, 나는 육체적으로 거인을 의미합니다. 그는 레슬링 선수였습니다. 그는 Greco-Roman Wrestling의 올림픽 시험에서 결선 진출 자였습니다. 우리는 그를 Schrambo라고 불렀습니다. 그러나 그는 또한 입자 천체 물리학 분야에서 거인이었다. 그는 그 분야를 정말로 가졌던 사람들 중 하나였습니다. 그래서 나는 내 인생 에서이 시점에서 그를 만나서 꽤 운이 좋았습니다. 그는 완전히 영감을 주었다. 그리고 나는 주인으로부터 배운 것 같은 느낌이 든다. 그래서 그는 중성미자를 암흑 물질 후보로보고 있었는데, 당시에는 여전히 가능성이있는 것처럼 보였습니다. 그러나 중성미자는 효과가 없었습니다.

그래서 당신은 mps라는 이국적인 입자를 연구하기 시작했습니다. 그게 뭐야?

WIMP는 대규모 입자를 약하게 상호 작용하고 있으며 그 이름에는 많은 것이 있습니다. "거대한"부분은 양성자와 동일한 질량 사이의 무게 또는 천 배나 많은 부분을 의미합니다. 그리고 그들의 상호 작용은 실제로 약하기 때문에 이러한 입자를 감지하기 어렵게 만듭니다. 그러나 이것이 우리가 이것이 암흑 물질에 대한 설득력있는 후보라고 생각하는 이유는 당신이 이것을 한 가지에 가정하면, 이러한 약한 상호 작용이 우주의 암흑 물질의 양을 설명 할 수 있기 때문입니다. 이 입자는 그들 자신의 반물질이기 때문에 서로 만나면 멸종시킬 때마다 다른 무언가로 바뀝니다. 따라서 mps가 사라지면 광자 나 다른 입자로 변합니다. 초기 우주에서 우리는 얼마나 많은 사람들이 있었는지, 그리고 그들이 어떻게이 소멸을 달성했는지를 계산할 수 있으며, 오늘날 얼마나 많은 사람들이 남아 있는지 물어볼 수 있으며, 오늘은 어두운 물질을 설명하기 위해 올바른 풍요를 얻을 수 있습니다. 우주 학자들은 이것을 겁쟁이 기적이라고 부릅니다. 우리가 보는 암흑 물질을 설명하기 위해 많은 새로운 물리학을 추가 할 필요는 없습니다.

이제 Wimps를 좋아하는 다른 이유는 이미 암흑 물질과 관련이없는 이유로 제안 된 다양한 입자 이론에 이미 존재하기 때문입니다. 초대칭은 입자 물리학의 다른 문제를 해결하기 위해 제안 된 입자 물리학의 표준 모델의 확장이며, 가장 간단한 초대칭 변형에서는 wimp 인 Dark Matter 후보가있을 것입니다. 그래서 아주 좋습니다.

오늘 암흑 물질 검색 상태를 어떻게 평가 하시겠습니까?

설명 할 수없는 신호가 보이는 수많은 실험이 진행되고 있습니다. 그러나 그들은 모두 서로 동의하지 않는 것 같습니다. 그들은 모두 옳을 수는 없습니다. 그리고 문제는 그들 중 어느 것이 옳습니까? 흥미로운 변칙적 신호를 찾기위한 가장 초기의 실험은 로마 근처의 아펜 닌 산맥 아래의 다마 (“Dark Matter”) 실험이었습니다. 그것의 신호는 Andrzej Drukier 및 David Spergel과의 작업을 기반으로합니다. 우리는 지구가 태양 주위로 움직이기 때문에, 당신이 보는 암흑 물질 신호는 일년 내내 위아래로 올라가야한다. 그리고 그것이 다마 연구자들이 보는 것입니다. 그들은 13 년 분량의 데이터를 보유하고 있으며 신호는 암흑 물질 신호 인 경우와 마찬가지로 정확히 일년의 시간으로 올라갑니다. 그러나 몇 가지 경고는 다음과 같습니다. 하나는 다른 사람이 자신의 데이터를 보지 못하게하여 의심을 불러 일으킨다는 것입니다. 그리고 다른 하나는 Dama가 다른 실험에 동의하지 않는 것 같습니다. 어떤 사람들은 다른 실험에 의해 배제되었다고 말할 것입니다.

우주 관측에서 암흑 물질 입자에 대한 증거는 어떻습니까?

최신 물건은 감마선 하늘을보고있는 Fermi 위성에서 나옵니다. 감마 광선은 wimp 소멸의 최종 제품이 될 수있는 고 에너지 광자입니다. 가능한 신호가 은하의 중심을 바라 보는 것으로 보았습니다 - 과도한 감마선의 거대한 거품. 은하 평면 위와 아래 에이 두 개의 거대한 거품이 있습니다. 그리고 그 중 일부는 암흑 물질 소멸에서 나올 수 있습니다. 많은 저자들이 이것이 양성자의 무게가 30 배에 달하는 암흑 물질 입자 일 수 있다는 생각을 연구하고 있습니다. 그러나 은하계의 중심에는 경쟁적이고 일반적인 천체 물리학 신호와 함께 많은 다른 것들이 진행되고 있으므로, 당신은 무엇이든 주장하기 전에 항상 매우 조심해야합니다. 어쨌든, 그것은 최신 가장 좋아하는 것입니다.

가속기에서 WIMP를 검색 할 수도 있습니다. 그러나 대형 Hadron Collider와 같은 가속기는이를 찾지 않고 대칭 입자를 찾았습니다.

물론 LHC는 초대칭을 찾고 있지만 찾지 못했지만 그렇다고해서는 안됩니다. 셧다운시에 에너지가 두 배로 켜질 예정입니다. 그래서 우리는 무언가가 거기에 있기를 바라고 있습니다.

암흑 에너지에 대해 이야기합시다. 이 거대한 미스터리입니다. 우주 학적 천체 물리학 적 공동체가 그것에 의해 당황하게된다는 사실에 놀랐다.

응. 오 예. 이 시점에서 암흑 에너지는 레이블에 지나지 않습니다. 우리는 그것을 이해하지 못합니다. 그리고 내가 항상 강조하는 한 가지는 규칙적인 물질과 에너지가 관련이 있다는 것입니다. 그들은 서로 변환 할 수 있습니다. 암흑 물질과 암흑 에너지는 그런 종류의 관계가 없습니다. 그들이 공유하는 유일한 것은 그들이 어둡다는 것입니다. 그들은 빛나지 않으며 우리는 그들이 무엇인지 모릅니다. 그들은 약간의 연결이있을 수 있지만 그렇지 않을 수도 있습니다. 사람들이 탐구하고있는 이론적 가능성이 있으며, 암흑 에너지에 대한 설명을 생각해 내려고 노력하지만 실제로는 무슨 일이 일어나고 있는지 모릅니다. 대부분의 사람들이 가장 좋아하는 바닐라 설명은 일종의 진공 에너지, 즉 우주 론적 상수라고 알려진 것입니다. 이 방의 바로 여기에 입자와 반 입원이 존재하지 않고 튀어 나오는 것이 있습니다. 사실입니다. 측정되었습니다. 사실입니다. 우주의 모든 입자에 스프링을 부착하고 그로부터 모든 에너지를 추가하면 이것이 진공 에너지입니다. 그러나 그렇게하면, 당신은 [관찰 된 것과 비교하여] 10에서 120 번째 전력에 비해 너무 높은 숫자를 얻습니다.

이론은 실제로 관찰 된 양보다 훨씬 더 많은 진공 에너지를 예측합니다. 다수의 우주, 다중 사람들이 있고 각각의 진공 에너지 밀도가 다른 경우이 큰 불균형이 설명되지 않습니까? 그러면 우리가 우리의 금액이 적은 이유는 그것이 우리가 존재할 수있는 유일한 방법이기 때문입니다.

나는 그 아이디어가 마음에 들지 않습니다. 많은 사람들이 문자열 이론 때문에 그것을 좋아합니다. 원래 사람들은 문자열 이론이 진공 에너지 방정식에 고유 한 솔루션을 제공 할 것이라고 생각했습니다. 그러나 문자열 이론에는 아마도 10-500의 다른 진공 상태가있을 수 있습니다. 따라서 아이디어는 그들이 모두 거기에 있다는 것이지만, 우리는 우리가 가진 우주 론적 상수의 가치를 가진 사람에 살아야합니다. 그러나 나는 의인성 논쟁을 좋아하지 않습니다. 그들은 인간의 삶이 특정 조건에서만 존재할 수 있다는 사실에 의존하기 때문에 많은 우주가 우리의 삶의 유형을지지하는 사람에 살고 있다는 것은 놀라운 일이 아닙니다. 그것은 나에게 충분한 설명이 아닙니다. 나는 우리가 대답해야 할 물리 문제가 있다고 생각하고, 우리는이 우주에서 대답 할 수 있습니다. 우리가 살고있는 우주 의이 조각에서는 우리의 일을 시도하는 것이 우리의 일이라고 생각합니다. 그리고 그것을 포기하고 말하기에 충분하지 않다고 말할 수 없기 때문에이 가치를 가져야합니다. 나는 우리가 그보다 더 잘할 수 있다고 생각합니다. 나는 구식이다.

다중 사람이 있는지 여부에 대한 질문의 일부가되지 않습니까? 다중 사람들이 있다는 강력한 증거가 있다면, 인류 설명이 더 잘 동기를 부여받습니다. 인플레이션, 빅뱅 직후의 빠른 확장 파열은 아마도“영원한 인플레이션”을 통해 다수를 생산할 수 있습니다.

나는 인플레이션을 믿습니다. 따라서 인플레이션은 여러분에게 다수를 줄 수 있습니까? 가능하다면이 가능성을 고려해야합니다. 나는 최근에 Will Kinney와 함께 논문을 썼습니다. 우리는 우주 전자 레인지 배경 방사선에서 관찰 한 것이 영원한 인플레이션을 일으키지 않는다고 결론지었습니다. 그래서 당신은 그 일이 일어난 것을 어떻게 알 수 있습니까?