Cuatro miembros de la facultad del MIT reciben premios de carrera temprana del Departamento de Energía de los Estados Unidos



El Departamento de Energía de los Estados Unidos (DoE) anunció recientemente los nombres de 76 científicos que han sido seleccionados para su programa de investigación inicial de 2020. La lista incluye cuatro profesores del MIT: Ronald Fernando García Ruiz, profesor asistente. física e investigadora en el Laboratorio de Ciencias Nucleares (LNS); Karthish Manthiram, profesor asistente de ingeniería química; Phiala Shanahan, profesora asistente de física e investigadora del Centro de Física Teórica LNS; y Wim van Rees, profesor asistente de ingeniería mecánica.

Cada año, el DoE selecciona investigadores para una financiación sustancial "de la fuerza laboral científica del país al brindar apoyo a investigadores excepcionales durante los primeros años cruciales de sus carreras, cuando muchos científicos hacen su trabajo. más entrenador "

Los cuatro proyectos presentados por investigadores del MIT que han sido seleccionados para el programa de este año continuarán investigando sobre varios aspectos de la física fundamental.

Estudio de fenómenos nucleares exóticos y simetrías fundamentales de la naturaleza.

Los núcleos atómicos con varios protones y neutrones pueden exhibir grandes variaciones en sus distribuciones de densidad nuclear. La región de los núcleos de actínidos, núcleos con más de 88 protones, es particularmente interesante, ya que estos núcleos deben tener formas nucleares únicas en forma de pera (deformación octapolar).

El proyecto que el profesor asistente en el departamento de física Ronald Fernando García Ruiz recibió fondos del DoE para llevar a cabo se titula "Espectroscopía láser de átomos exóticos y moléculas que contienen núcleos de octopolo deformados". El proyecto se centrará en estos núcleos y en cómo la deformación provoca una fuerte mejora en sus propiedades nucleares violando la simetría. Las mediciones de estas propiedades nucleares pueden proporcionar respuestas a algunas de las preguntas más apremiantes de la física moderna, como el origen de la asimetría materia-antimateria de nuestro universo y las propiedades de la materia oscura.

A pesar de su importancia, nuestro conocimiento experimental de estos núcleos es muy deficiente. García Ruiz tiene como objetivo realizar experimentos de espectroscopía láser de precisión con átomos y moléculas que contienen núcleos de actínidos exóticos de corta duración. Esto solo se producirá en la nueva instalación para haces de isótopos raros.

“Los núcleos de octopolo distorsionados son muy raros, si no inexistentes, en la naturaleza. Por lo tanto, deben crearse artificialmente, lo que requiere entornos extremos ", dice García Ruiz, cuyo edificio 24 laboratorio láser se completará en septiembre. "Además, solo se pueden crear en cantidades muy pequeñas (generalmente menos de 1 nanogramo) y solo pueden vivir durante unos días o una fracción de segundo. Y tenemos que colocarlos en un átomo o una molécula para medir sus propiedades con gran precisión ", dice sobre los principales desafíos que deben enfrentarse con esta investigación.

Las mediciones obtenidas de este difícil trabajo, con el apoyo de DoE, proporcionarán las propiedades moleculares, atómicas y nucleares de los sistemas de actínidos exóticos, que son esenciales para comprender la estructura microscópica y colectiva de los núcleos de los octopolos deformados. Los resultados establecerán puntos de referencia importantes para el desarrollo de modelos teóricos y constituirán un paso esencial hacia la medición de sus propiedades de violación de la simetría.

Reduzca la huella de carbono oculta de los objetos cotidianos.

La sociedad es cada vez más consciente de la huella de carbono detrás de muchas de nuestras actividades típicas. Pero lo que sabemos menos es que también hay una huella de carbono detrás de la mayoría de los productos químicos y materiales que encontramos todos los días: la tela de la ropa que usamos, la comida que usamos comemos y los desinfectantes que pulverizamos.

Karthish Manthiram, titular de la cátedra de desarrollo profesional Theodore T. Miller y profesor asistente de ingeniería química, trabaja para sintetizar estos productos químicos y materiales de manera sostenible, lo que elimina la huella de carbono. Con el apoyo del Premio DoE Early Career, el Laboratorio Manthiram está examinando específicamente cómo se puede usar el agua como fuente de átomos de oxígeno para convertir alquenos, que son dos átomos de carbono unidos por un doble enlace, en un epóxido, una configuración triangular de dos átomos de carbono y un átomo de oxígeno.

"La Oficina de Ciencia del Departamento de Energía ha sido fundamental en mi propio crecimiento como científico", dice Manthiram. "Fui apoyado como estudiante de posgrado por la Beca de Posgrado de la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía (DoE SCGF), lo que me permitió familiarizarme rápidamente con la forma en que DoE facilita equipo científico para resolver los problemas energéticos más apremiantes del mundo mientras avanza las ciencias físicas ".

El intermediario químico que Manthiram está estudiando tiene una de las mayores huellas de dióxido de carbono de todas las clases de productos químicos producidos en la actualidad; Los epoxis se utilizan en la fabricación de poliésteres que se encuentran en los tejidos de nuestra ropa, anticongelante y tetreftalato de polietileno para botellas de plástico, entre muchos otros productos. Su trabajo no solo mejorará la durabilidad de esta importante reacción química mediante el uso del agua como fuente de átomos de oxígeno, sino que también conducirá a reacciones más seguras.

"Con el apoyo de un DoE Early Career Award", dice Manthiram. "Podré construir interacciones aún más fuertes en el ecosistema favorecido por el Departamento de Energía a medida que avanzamos hacia la electrificación y la descarbonización de la síntesis química".

Comprender los bloques de construcción del universo.

Los núcleos atómicos, formados por protones y neutrones, constituyen más del 99% de la masa visible de nuestro universo. La descripción cuantitativa de la estructura de protones, neutrones y núcleos en términos de sus componentes de quarks y gluones es un desafío decisivo que vincula la investigación en la física hadrónica y nuclear.

Profesor asistente de física, el proyecto de Phalia Shanahan, "La estructura QCD de nucleones y núcleos de luz", es uno de los proyectos aprobados para recibir fondos del DoE. El proyecto se centra en el mapeo de la estructura espacial, el impulso, el giro, el sabor y el gluón de protones y neutrones. También busca comprender cómo cambian sus estructuras a medida que forman núcleos.

Este programa de investigación utilizará varios bastidores de computadora en la Instalación de Computación de Alto Rendimiento LNS Bates para realizar los primeros cálculos de principios de interacciones fuertes en la teoría cuántica de campos. También desarrollará algoritmos de aprendizaje automático precisos y probados para acelerar los cálculos. Este mapa no solo es la clave para interpretar las observaciones de la naturaleza basadas en la teoría fundamental actualmente aceptada, sino que también es esencial para informar la investigación sobre la nueva física.

"Estos cálculos profundizarán nuestra comprensión de la naturaleza y establecerán puntos de referencia para futuros experimentos como los de un colisionador de iones de electrones", dice Shanahan sobre la investigación que será respaldada por el premio DoE 2020.

Los resultados del trabajo de Shanahan proporcionarán información esencial para los actuales y futuros programas experimentales de física nuclear que estudian la estructura de la materia. También proporcionará información a aquellos que buscan una violación de las simetrías fundamentales y la nueva física, como la materia oscura.

Un nuevo marco para resolver problemas multi-físicos.

Comprender cómo dos dominios con su propia física gobernante interactúan e influyen entre sí es un desafío. Ya sea una burbuja en un cuerpo de agua, aire turbulento alrededor de un ala de avión flexible o planeadores de un avión Agua que vuela sobre la superficie de un estanque: cuando la interfaz entre los dos dominios se mueve y se deforma, se hace difícil capturar las interacciones físicas en juego.

Wim van Rees, profesor asistente de ingeniería mecánica y profesor del MIT Sea Grant Doherty, está desarrollando un nuevo marco computacional que podrá proporcionar predicciones precisas de cómo interactúan dos dominios, un área conocida como multifísica. El trabajo titulado "Una interfaz clara multirresolución para simulaciones multifísicas estrechamente acopladas" fue seleccionado para un premio del programa de investigación de carrera temprana de la Oficina de Ciencias en DoE 2020.

& # 39; # #; Si un cuerpo flexible interactúa con un flujo de fluido, como una delgada hoja de papel flotando en el viento, resolver el acoplamiento entre el flujo y la estructura requiere una representación muy precisa del borde entre los dos, incluso si este lo limita. – incluso sufre grandes movimientos y deformaciones », explica van Rees.

Para su trabajo, que será financiado por la Oficina de Investigación de Computación Científica Avanzada, van Rees está desarrollando un marco de software de resolución múltiple que representa la interfaz de dos dominios algorítmicamente, independientemente de la geometría de la red informática subyacente. .

"Queremos ser capaces de proporcionar un marco computacional para problemas multifísicos generales con interfaces móviles", agrega van Rees, "que se puede ejecutar con precisión y eficiencia en supercomputadoras modernas como las operadas por el Departamento de Medio Ambiente". 39; Energía ".

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