De la liceul din Buzău la CERN: aventura româncei care explorează misterele materiei întunecate
O româncă face parte din echipa care modernizează experimentul CMS (Compact Muon Solenoid) și construiește o componentă esențială din miezul detectorului de particule de la CERN, în cadrul proiectului High-Luminosity Large Hadron Collider (HL-LHC). Detectorul funcționează ca o uriașă cameră foto 3D, capabilă să înregistreze până la 40 de milioane de coliziuni pe secundă, cu scopul de a studia fenomene fundamentale ale fizicii, precum bosonul Higgs și materia întunecată. Cristina Andreea Alexe a absolvit Colegiul Național „B.P. Hasdeu” din Buzău, unde și-a descoperit pasiunea pentru fizică și știință. Ulterior, și-a continuat studiile la University of Manchester din Marea Britanie, unde a urmat un program integrat de licență și master în fizică teoretică. În 2022, și-a început doctoratul în fizica particulelor la Scuola Normale Superiore din Pisa, Italia, cu finanțare europeană, devenind, totodată, membră a experimentului CMS de la CERN.
Cum studiază Universul la CERN
„Legătura mea cu CERN a început în 2022, atunci am început doctoratul în fizica particulelor la Scuola Normale Superiore din Pisa (Italia) și am devenit membră a experimentului CMS de la CERN. Mă ocup cu analiza datelor și interpretarea lor pentru a afla informații despre Univers. Mai exact, împreună cu un grup internațional de cercetători, am măsurat cât cântărește particula fundamentală pe nume bosonul W. Este particula care face posibile interacțiunile nucleare. A-i măsura masa cu mare precizie înseamnă să punem la încercare cele mai bune explicații pe care teoreticienii le au despre cum funcționează lumea mai mică decât un nucleu de atom, reprezentate matematic de Modelul Standard. Rezultatul a fost că, într-adevăr, Modelul Standard este corect în privința masei lui W. Este remarcabil că putem trage astfel de concluzii, având în vedere că măsurătoarea noastră are o eroare de ordinul 10 la minus 26 kg. Încă din copilărie am fost fascinată de știință și cunoaștere, deci faptul că am ajuns să lucrez cu astfel de noțiuni este un vis împlinit”, a declarat Cristina Andreea Alexe.
La sfârșitul lunii iunie, CERN a oprit Marele Accelerator de Hadroni (LHC) pentru o modernizare majoră, necesară transformării sale în High-Luminosity Large Hadron Collider (HL-LHC), o versiune care va produce un număr mult mai mare de coliziuni între protoni.
„A fost o oprire planificată de CERN cu mult timp înainte. Acest moment marchează finalul celei de-a treia perioade de folosire a acceleratorului pentru preluarea de date. Din 2010, când LHC a produs primele date, acceleratorul și experimentele nu s-au schimbat în mod major. Însă acum a sosit momentul pentru modernizări fundamentale, iar LHC va rămâne oprit până în 2030, timp în care vom renova atât acceleratorul, cât și experimentele CMS și ATLAS. LHC constă într-un tunel circular de 27 de kilometri, aflat la granița dintre Elveția și Franța. Aici accelerăm protoni până aproape de viteza luminii, apoi îi ciocnim pentru a studia ce particule noi se formează. Acestea lasă urme în detectoarele CMS și ATLAS, care funcționează ca niște camere foto uriașe, capabile să sorteze aproximativ 40 de milioane de imagini pe secundă. Astfel a fost descoperit bosonul Higgs în 2012”, explică cercetătoarea.
Rolul româncei în modernizarea experimentului CMS
În următorii ani, Cristina Alexe va participa la renovarea detectorului CMS, unul dintre cele mai complexe instrumente științifice construite vreodată. „Contribuția mea va fi în renovarea experimentului CMS, care va trebui să facă față unei cantități de date nemaiîntâlnite până acum și să fie rezistent la niveluri foarte ridicate de radiație. Voi participa la construirea unei componente din miezul detectorului, în care particulele lasă o urmă de semnale electrice, și voi contribui la dezvoltarea algoritmilor care vor reconstitui corect traiectoria particulelor prin detector. Doar la experimentul CMS suntem peste 6.000 de cercetători. Faptul că o instituție precum CERN există și că oameni din atât de multe țări colaborează pentru un scop comun îmi menține optimismul că binele poate învinge într-o lume din ce în ce mai tulburată. Scopul proiectului HL-LHC este să creștem numărul coliziunilor dintre protoni. Cu cât avem mai multe date, cu atât cresc șansele să observăm fenomene noi, extrem de rare”, spune cercetătoarea.
De-a lungul anilor, Cristina Alexe a organizat întâlniri și prezentări în liceele din județul Buzău pentru a le vorbi elevilor despre fizică, cercetare și orientare profesională. „Până acum, toate sesiunile pe care le-am ținut au fost în școli și licee. Vorbesc despre știință, dar și despre comunicare, social media și orientare profesională. O fac din simț civic și respect pentru generațiile viitoare, iar feedback-ul a fost mereu peste așteptările mele. La un moment dat, am vorbit unui amfiteatru cu 200 de elevi. Nu o să uit niciodată cum au umplut sala de aplauze și au fluierat la final. Cu siguranță voi continua proiectele cu școlile din Buzău, iar acum încerc să dezvolt inițiativa într-un parteneriat interjudețean”, afirmă aceasta.
Marea miză: materia întunecată
Modernizarea acceleratorului le-ar putea permite cercetătorilor să obțină răspunsuri la unele dintre cele mai importante întrebări din fizică, inclusiv despre materia întunecată. „Sunt nerăbdătoare să văd datele pe care le vom colecta în noua eră, pentru că din 2010 până acum am analizat doar aproximativ 10% din tot ce va putea produce LHC până la închiderea sa din 2040. Cu atât de multe date, vom putea studia cu mare precizie bosonul Higgs și vom putea căuta semnale complet noi, foarte slabe, care ar proveni din materia întunecată. Puțini știu că World Wide Web a fost inventat la CERN și oferit gratuit întregii omeniri. Asta este esența CERN: cercetarea fundamentală finanțată din bani publici generează tehnologii care îmbunătățesc viața oamenilor. Astăzi, CERN contribuie inclusiv la dezvoltarea terapiei împotriva cancerului cu protoni, iar toate rezultatele științifice pe care le publicăm sunt gratuite și accesibile oricui”, a concluzionat Cristina Alexe.
Acceleratorul va reveni în 2030
În următorii patru ani, componentele esențiale ale acceleratorului vor fi modernizate pentru a permite un număr mult mai mare de coliziuni între protoni și pentru a explora mai profund misterele Universului. Noul accelerator, HiLumi-LHC, este programat să intre în funcțiune în iunie 2030. Cu puțin timp înainte de oprirea instalației, CERN a transmis un mesaj simbolic pe pagina dedicată acceleratorului: „La revedere, LHC, îți mulțumim pentru toate coliziunile! Începem acum drumul către HiLumi LHC.”
