Menyelidiki Data Tabrakan Partikel untuk Petunjuk tentang Asal Usul Alam Semesta

Ketika Yen-Jie Lee datang ke MIT sebagai mahasiswa pascasarjana pada tahun 2006, ada sedikit kejutan budaya. Fisikawan partikel yang bercita-cita tinggi itu telah belajar fisika di Universitas Nasional Taiwan sebelum karirnya terhenti di pegunungan berhutan Taiwan. Di sana, ia bekerja sebagai letnan korps marinir untuk memenuhi wajib militer negara. Dia masih ingat derak latihan artileri yang memekakkan telinga dan tekanan keras dari kehidupan militer sehari-hari.

“Pengalaman itu membuat saya menjadi orang yang tidak terlalu terpengaruh oleh tekanan,” kenang Lee. “Tetapi setelah dua tahun tinggal di hutan kera, bahasa Inggris saya sangat buruk, dan saya merasa seperti telah melupakan semua fisika yang saya pelajari.”

Gambar: arrahim.id

Namun demikian, menjelang akhir pengabdiannya, Lee mendaftar ke program PhD, termasuk beberapa di Amerika Serikat. Saat berkunjung ke MIT, ia merasakan kekerabatan langsung dengan profesor fisika Wit Busza.

“Meskipun dia tidak bisa memahami saya karena aksen saya, kami pikir kami masing-masing adalah orang yang luar biasa, dan pada akhirnya saya memutuskan untuk mencoba sendiri,” kata Lee. “Datang ke MIT mengubah hidup saya sepenuhnya.”

Sebagai mahasiswa pascasarjana di grup Busza, Lee memiliki kesempatan untuk membentuk karir untuk pergi ke Jenewa selama momen penting dalam fisika partikel. Di sana, para ilmuwan bersiap untuk menyalakan Large Hadron Collider, akselerator partikel terbesar dan paling kuat di dunia. Tabrakan partikel yang dihasilkan oleh LHC diantisipasi untuk menghasilkan kondisi yang mirip dengan alam semesta awal, dan mungkin fenomena yang sama sekali baru dan tidak terduga.

Lee mendapati dirinya berada di inti tim analisis, di mana ia dengan cepat belajar berkomunikasi dengan ilmuwan lain, dalam bahasa Inggris dan persamaan fisika. Dia akhirnya membantu mengukur dan menafsirkan beberapa tabrakan pertama LHC — analisis yang sangat dinanti-nantikan oleh Lee, yang memuji pelatihan militernya karena membantunya tetap fokus.

“Ada beberapa ribu kolaborator, semua orang tertarik dengan fisika ini, dan saya adalah salah satu yang pertama memahami datanya,” kata Lee. “Bagi saya, kegembiraan dari pengukuran pertama ini jauh lebih besar daripada tekanannya.”

Sejak hari-hari awal, Lee terus mencari petunjuk awal alam semesta, menggunakan data dari LHC. Di MIT, di mana dia sekarang menjadi profesor tetap fisika, dia mencari pola dan interaksi setelah tabrakan partikel yang ekstrem yang mungkin memberi tahu kita sesuatu tentang bagaimana alam semesta muncul. Eksperimen ini mungkin juga mengungkapkan cara kerja lingkungan ekstrem lainnya, seperti bintang neutron.

“Setiap kali kami mengumpulkan sedikit informasi, kami memahami sedikit lebih banyak tentang alam semesta awal,” katanya. “Itu membuatku ingin tahu lebih banyak lagi.”

"Hukum alam"

Lee lahir di Kota Taichung, sebuah kota industri di barat-tengah Taiwan. Tumbuh dewasa, dia ingat tertarik pada matematika dan fisika, meskipun di sekolah menengah dia jarang menghadiri kelas. Jadwal kompetisi sains yang padat sering membuatnya keluar dari sekolah, karena ia dipilih secara teratur untuk mewakili sekolah menengahnya dalam pameran sains nasional dan kontes pemecahan masalah dalam matematika, fisika, kimia, dan komputasi.

“Itu seperti pendidikan bagi saya,” katanya.

Setelah berkompetisi di beberapa mata pelajaran, Lee menyadari bahwa dia paling tertarik pada satu: fisika. Ketika ia mendaftar di Universitas Nasional Taiwan sebagai sarjana, ia menghabiskan tahun pertamanya mengambil berbagai magang fisika, termasuk bekerja di laboratorium optik, membantu dalam studi superkonduktor, dan berkemah di observatorium untuk melacak bintang-bintang. Itu adalah magang dalam fisika partikel eksperimental yang menggerakkan karir akademisnya.

Lee bekerja sebagai magang di percobaan Belle, percobaan fisika partikel yang kehabisan akselerator partikel KEKB di Tsukuba, Jepang. Akselerator dirancang untuk menumbuk elektron dengan positron — antimateri yang setara dengan elektron. Saat mereka bertabrakan, elektron dan positron dimusnahkan dalam hujan subpartikel. Para ilmuwan termasuk Lee mencari tanda-tanda partikel eksotis dan melacak pembusukan partikel langka setelah pemusnahan.

“Saya bersenang-senang dengan sistem yang sangat sederhana ini,” kata Lee, yang mendasarkan tesis sarjana dan masternya pada data eksperimen Belle. “Itu membuat saya ingin mempelajari hukum alam, dan apakah kita dapat menemukan fisika baru dan fenomena baru yang melibatkan deteksi partikel.”

Perjalanan jet

Setelah menyelesaikan dinas militernya di Taiwan, Lee datang ke MIT dan bergabung dengan penasihatnya Busza untuk bekerja di LHC, di mana akselerator bersiap untuk bertabrakan ion berat untuk menghasilkan campuran partikel yang jauh lebih rumit dan eksotis daripada tumbukan antara elektron dan positron.

“Tabrakan ion berat menciptakan lingkungan sekitar 5 triliun derajat, dan kita dapat melihat saat sistem ini mendingin,” kata Lee. “Ini pada dasarnya jalur yang sama dari alam semesta awal, 10 mikrodetik setelah Big Bang .”

Lee tertarik untuk menyelidiki dampak tumbukan ion berat, meskipun pada saat percobaan awal melibatkan tumbukan yang tidak terlalu rumit antara proton. Seperti yang terjadi, Lee ditempatkan di tim peneliti untuk menulis makalah fisika pertama yang melaporkan hasil dari percobaan proton-proton awal ini.

LHC mulai menjalankan eksperimen ion berat pertamanya menjelang akhir PhD Lee, dan dia mampu menganalisis beberapa data pertama dari proses yang sangat dinanti-nantikan ini. Melalui analisis tersebut, ia menemukan quark yang bergerak cepat yang dihasilkan dalam tumbukan, yang melesat melalui plasma yang dihasilkan dalam pancaran.

“Ini seperti melihat peluru menembus air,” kata Lee. “Kita bisa melihat wake mengikuti peluru, dan bisa menggunakannya untuk belajar tentang perambatan suara air. Sama halnya dengan jet ini, di mana kita dapat menggunakan quark untuk belajar tentang suara alam semesta awal.”

Pada tahun 2013, Lee menerima tawaran untuk bergabung dengan fakultas fisika MIT sebagai anggota Grup Ion Berat Relativistik, di mana ia terus memimpin analisis data ion berat dari LHC, dan mengembangkan teknik baru untuk mencari partikel eksotis dan partikel baru. , fenomena tak terduga.

“Di MIT, tekanannya sangat tinggi, dan ada saat-saat kegembiraan dan saat-saat ketika Anda merasa tidak melakukan apa yang Anda harapkan,” kata Lee. “Tetapi rekan-rekan di grup kami, Gunther Roland dan Bolek Wyslouch, telah membangun lingkungan yang sangat mendukung. Saya sangat berterima kasih untuk ini.”

Sesuatu yang juga dia syukuri adalah kesempatan untuk melihat dunia melalui karirnya di bidang fisika. Dia telah memberikan ceramah dan menghadiri konferensi di lebih dari 30 negara, dan telah tinggal lebih lama di banyak negara, untuk mengalami perspektif baru.

“Ketika mengunjungi negara lain, saya akan mencoba untuk tinggal selama satu atau dua bulan, untuk mempelajari bagaimana orang yang berbeda menjalani kehidupan sehari-hari mereka,” kata Lee. “Sebelumnya, saya tidak berpikir saya akan keluar dari Taiwan. Saya sangat beruntung mengalami begitu banyak perbedaan.”