Premio CHIPP 2024: Quando la fisica prende vita

Nella sua carriera come fisica delle particelle, iniziata nel suo nativo Brasile, Gabriela è già stata coinvolta in quattro diversi esperimenti che si concentrano su diversi aspetti della fisica dei neutrini (a proposito, se volete approfondire sui neutrini e perché studiarne le proprietà elusive è così affascinante, leggete qui): GERDA, LEGEND, MONUMENT e PALEOCCENE. Come sperimentatrice, si sente a suo agio sia nello sviluppo dei rivelatori che nell'analisi dei dati; oltre a ciò, è anche una fervente divulgatrice scientifica, sempre alla ricerca di espandere le sue competenze.

Eppure, ha iniziato con l'ingegneria. "A causa del modo in cui la fisica veniva insegnata nella mia scuola – secca e noiosa – non la consideravo un'opzione," dice. Le cose cambiarono all'università con le lezioni di fisica necessarie per i suoi studi di ingegneria: "Improvvisamente la fisica prese vita e tutte le equazioni che avevo dovuto imparare a memoria avevano perfettamente senso. Ho iniziato a apprezzarla davvero, ho seguito tutti i corsi di fisica disponibili e ho iniziato a lavorare per un osservatorio di raggi cosmici." Un programma di scambio di borse di studio la portò all'Università Tecnica di Monaco dove conseguì la laurea triennale e magistrale in fisica.

Ha iniziato investigando la materia oscura prima di passare gradualmente al suo attuale campo di specializzazione, i neutrini. "Ho lavorato sui rivelatori a liquido di Argon, quindi i concetti e la tecnologia erano molto simili," spiega. Il suo primo esperimento sui neutrini è stato GERDA al Laboratorio del Gran Sasso in Italia, che cerca un fenomeno chiamato decadimento doppio beta senza neutrini. Se trovato, potrebbe fare luce sulla massa del neutrino e se essi sono la propria antiparticella – il che a sua volta potrebbe aiutare a spiegare perché la materia domina sull'antimateria nel nostro universo. "GERDA stava giungendo al termine quando mi sono unita, quindi per la mia tesi ho esaminato i cosiddetti dati legacy e ho fatto R&D per l'esperimento successivo, LEGEND," spiega Gabriela. GERDA utilizza cristalli di Germanio sospesi in un bagno di Argon liquido freddo per trovare i segni distintivi del raro decadimento.

Dopo i dati ultra-puliti e quasi privi di fondo di questi due esperimenti, il prossimo a cui si è unita era molto diverso: MONUMENT, situato al PSI, utilizza muoni per esplorare le transizioni nucleari. Anche se MONUMENT utilizza un tipo di rivelatore simile e bersagli rilevanti per il decadimento doppio beta senza neutrini, l'approccio dell'esperimento di far brillare muoni su un bersaglio genera uno spettro denso di processi fisici. Questi producono una varietà di caratteristiche e rumore di fondo. "Il mio lavoro era cercare determinati processi e identificare i dati interessanti tra il fondo," dice. A differenza delle collaborazioni GERDA con 100 persone e LEGEND con 300 persone, MONUMENT è piuttosto piccolo con solo 25 persone nella collaborazione. La vincitrice del premio riassume così: "È fantastico aver lavorato in esperimenti grandi così come piccoli; durante il mio dottorato e ora durante il mio postdoc, ho davvero la possibilità di vedere come funziona tutto – e di farlo anche io."

Durante il suo dottorato, mentre era impegnata negli studi per l'esperimento LEGEND utilizzando un particolare tipo di microscopio per analizzare i prototipi, ha sentito un discorso di un teorico sulla possibilità di utilizzare rivelatori passivi per trovare tracce di materia oscura o di un processo chiamato scattering elastico coerente neutrino-nucleo (CevNS) attraverso specifiche interazioni con la materia. Tuttavia, il discorso non mostrava test sperimentali della sfida. Gabriela ha capito di avere una soluzione letteralmente sotto il naso: il microscopio a fluorescenza a foglio di luce sviluppato nel laboratorio in cui lavorava. È nata così la collaborazione PALEOCCENE per sviluppare rivelatori di particelle letti tramite microscopia a fluorescenza.

I rivelatori passivi sono cristalli, che vengono lasciati soli per un po' e poi studiati al microscopio. Eventi specifici possono espellere atomi dal cristallo, lasciando una macchia colorata. Colori diversi indicano particelle diverse e il microscopio speciale fornisce un'immagine 3D nitida di qualcosa che normalmente non vedresti a lunghezze d'onda ottiche. Tuttavia, è ancora presto. "Siamo davvero nella fase di R&D per questo," dice la ricercatrice. "Stiamo anche considerando una possibile applicazione per la società in quanto potrebbe essere utilizzata come salvaguardia nucleare. Potrebbe monitorare la non proliferazione di materiali fissili e garantire che i paesi rispettino i trattati nucleari."

Il suo supervisore di tesi Laura Baudis è orgogliosa del suo lavoro e prevede un futuro brillante: "Gabriela ha dato contributi significativi a diversi esperimenti e ha persino avviato un nuovo progetto interdisciplinare nel nostro gruppo, per impiegare microscopi a foglio di luce per il rilevamento di neutrini e materia oscura. Già a questo stadio della sua carriera è una ricercatrice indipendente e ben rispettata nella fisica delle astroparticelle sperimentali e chiaramente ha il potenziale per diventare una leader in questo campo."

Gabriela è anche molto desiderosa di condividere la sua passione per la scienza dei neutrini con altre persone al di fuori del campo ed è felice che l'Università di Zurigo favorisca queste attività. Ha gareggiato con successo nelle competizioni “three-minute thesis” e Famelab e le piace molto. "Sono felice di parlare alle persone della mia scienza!" È anche coinvolta nella rete "First Gen" di Zurigo, un gruppo di persone che sono la prima generazione delle loro famiglie a frequentare l'università.

Barbara Warmbein