Znanstvenica u lovu za tamnom tvari

Fizičari diljem svijeta tragaju za česticom koja čini gotovo 85 posto sve materije u svemiru, no nitko je nikada nije izravno detektirao. Jessica Fry, doktorandica fizike pete godine u Laboratoriju za nuklearne znanosti (LNS), na američkom tehnološkom institutu MIT, jedna je od takvih 'lovkinja'.

Fry je odrasla u području zaljeva San Francisca, nedaleko od Nacionalnog akceleratorskog laboratorija SLAC. Počela je plesati s 3 godine, a do osnovne škole natjecala se na nacionalnoj razini.

Kada joj je profesor fizike u srednjoj školi dao par neispravnih detektora iz SLAC-a i rekao da nešto učini s njima, pronašla je rad iz 1960-ih koristeći sličnu opremu, ponovila eksperiment i napisala projekt.

„Bila sam oduševljena“, kaže. „Mogla sam odgovoriti na filozofska pitanja o tome kako vrijeme i prostor djeluju na nešto što sam mogla fizički dodirnuti. To me jednostavno oduševilo.“

Fry je nastavila studij na Sveučilištu Stanford, gdje je diplomirala fiziku te kazališne i izvedbene studije, posvetivši se objema temama.

Tijekom druge godine fakulteta, agentica za talente koju je upoznala preko plesnog natjecanja pod nazivom: Broadwayska produkcija Davida Henryja Hwanga "M. Butterfly" održavala je kasting.

Ali za Fry, bila je sredina semestra. Letjela je preko cijele zemlje u New York na audiciju i odmah se vratila kući na vrijeme za ispite. Zatim je uslijedio mjesec dana zaglušujuće tišine. Fry, pretpostavljajući da je odbijena, osigurala je ljetno istraživačko mjesto u Švicarskoj u CERN-u, Europskom laboratoriju za fiziku čestica. Tada je dobila poziv. Odabrana je za broadwaysku predstavu. Nakon što je završila ljetno istraživanje u Ženevi, odletjela je izravno u New York kako bi započela probe.

Fry je uzela dvije godine pauze od Stanforda kako bi nastupala, intenzivno trenirajući balet, suvremeni i jazz ples. Također je naučila tradicionalni maorski ples, pokrete u stilu pekinške opere i scensku borbu. Kaže: „Sve te vještine usmjerene su prema središnjoj temi: Kako ispričati priču na najbolji mogući način?“

No polako je primijetila nešto u sebi i ljudima oko sebe. Svakih nekoliko mjeseci bila je nova runda audicija, nova runda vanjskog prosuđivanja od stranaca koji su imali moć kontrolirati njezinu budućnost. Jedna „profesionalna opasnost kazališta“, objašnjava Fry, „jest početi vjerovati tuđem mišljenju o sebi više nego vlastitom.“ Teško se uskladila s ljubavlju prema plesu kao umjetnosti s onim što je ples kao karijera činio njezinom samopouzdanju i osjećaju za sebe.

„To me pretvaralo u nekoga tko nisam htjela biti“, kaže. „Trebalo je puno razmišljanja da to prepoznam.“

Nakon što se našla na raskrižju u svojoj plesnoj karijeri, donijela je bolnu odluku da se vrati na Stanford kako bi završila studij. Ubrzo nakon toga prijavila se na poslijediplomske programe - među njima i na MIT-u.

„MIT-ov Laboratorij za nuklearne znanosti sam po sebi je veličine cijelih odjela za fiziku većine drugih institucija“, napominje. „Slično kao što u CERN-u postoji ta živahnost, ta znanstvena energija. To sam osjetila kada sam posjetila MIT.“

Fry sada usmjerava tu znanstvenu energiju u rješavanje trajnog fenomena koji je dugo zbunjivao astrofizičare: tamne tvari. Gotovo stoljeće znanstvenici su primijetili da svemir sadrži daleko više materije nego što možemo vidjeti - da se način na koji se galaksije kreću i formiraju ne može objasniti samo vidljivom materijom. Tamna tvar ne emitira svjetlost i ne interagira gotovo ni s čim, a ipak vrši gravitacijsku privlačnost na gotovo sve. Fry traži ono što smatra najboljim teorijskim kandidatom u ovom području: aksion.

Aksion, ako postoji, je ultralagan i mnogo redova veličine manji od elektrona. U toj mjeri, ponaša se manje kao diskretna čestica, a više kao koherentni val koji prožima galaksiju i gravitacijski se skuplja oko materije.

Fry radi na dva eksperimenta za detekciju aksiona. Prvi, koji se već provodi na MIT-u, zove se ABRACADABRA: Širokopojasni/rezonantni pristup detekciji kozmičkih aksiona s Bayesovim B-prstenastim aparatom. „Morala sam to vježbati mnogo puta tijekom prve godine“, smiješi se. Drugi, koji trenutno pomaže izgraditi na Stanfordu, zove se DMRadio, kratica za Dark Matter Radio. Oba rade na istom principu: u prisutnosti jakog magnetskog polja, aksioni bi trebali proizvesti slabu, oscilirajuću električnu struju.

„Zamislite dva vala u oceanu - kada se sudare, stvaraju struju koja se ruši. Tražimo tu struju koja se ruši“, kaže ona.

Struja se pojačava rezonancijom pomoću komponenti kruga i kvantnih pojačala. Različite mase aksiona odgovaraju različitim frekvencijama, pa se detektor sustavno podešava u cijelom rasponu, slično kao što se podešava auto-radio. Problem je u tome što je čak i pojačani signal zakopan u šumu; toplinske fluktuacije, smetnje iz okoline i druge električne aktivnosti ga zamagljuju. Zahvaljujući teoretičarima u tom području, Fry zna oblik onoga što traži, ali masa aksiona i snaga interakcije ostaju nepoznate.

„To je težak problem. Ali je rješiv jer je oblik aksionskog signala toliko prepoznatljiv. U osnovi ne postoji ništa drugo što mu sliči“, kaže ona. „Zabavan je lov.“

Grupa za neutrino i tamnu materiju sastoji se od četiri glavna istraživača čiju suradničku strukturu Fry opisuje kao jednu od najboljih značajki odjela, onu koja ju je gurnula daleko izvan vlastitog područja. Izvan laboratorija, u studiju u staroj crkvi u blizini Harvarda, ona još uvijek pleše. „Na kraju dugog dana korištenja mozga“, kaže, „volim jednostavno biti u svom tijelu.“

Još uvijek u završnoj fazi svog programa, Fry je već zaslužila mjesto na  Forbesovoj listi 30 ispod 30 godina znanosti za 2026. godinu. Zasad je usredotočena na dovršetak analize podataka za DMRadio i dovođenje detektora do cilja. Ono što slijedi - postdoktorske pozicije, vlastita laboratorijska grupa, moguće i vlastiti detektor - razmatra s jasnoćom koju dijelom pripisuje tome što je već jednom donijela težu odluku.

„Shvatila sam da će me bavljenje fizikom usrećiti i omogućiti mi da ostvarim utjecaj koji želim“, kaže. „Stalno to provjeravam. Ne želim samo juriti za prestižem i ići do kraja puta jer mogu. Želim biti sigurna da je to ono što želim raditi.“

Uvjerena je da će tamna tvar biti otkrivena tijekom njezina života.