Gerald Gabrielse

Gerald Gabrielse es un físico estadounidense . Es profesor de Física del Consejo de Administración y director del Centro de Física Fundamental de la Universidad Northwestern , y profesor emérito de Física George Vasmer Leverett en la Universidad de Harvard . Es conocido principalmente por sus experimentos de captura e investigación de la antimateria , la medición del factor g del electrón ^[1] y la medición del momento dipolar eléctrico del electrón . ^[2] Se le ha descrito como "un líder en mediciones superprecisas de partículas fundamentales y el estudio de la antimateria". ^[3]

Gabrielse asistió al Trinity Christian College y luego al Calvin College , graduándose con una licenciatura (con honores) en 1973. Luego completó su maestría (1975) y doctorado (1980) en física en la Universidad de Chicago con Henry Gordon Berry. Gabrielse se convirtió en un posdoctorado en la Universidad de Washington en Seattle en 1978 con Hans Dehmelt , ^[4] y se unió a la facultad en 1985. Se convirtió en profesor de física en la Universidad de Harvard en 1987 y presidente del departamento de física de Harvard en 2000.

En 2018, Gabrielse se trasladó a la Universidad Northwestern , donde se convirtió en directora del recién creado Centro de Física Fundamental en Low Energy. ^{[5] [6]} El centro es el primero de su tipo dedicado a experimentos de física fundamental de mesa y a pequeña escala. ^[7]

Gabrielse fue un pionero en el campo de la física de antiprotones y antihidrógenos de baja energía al proponer el atrapamiento de antiprotones de un anillo de almacenamiento , enfriándolos en colisiones con electrones atrapados, ^[8] y el uso de estos para formar átomos de antihidrógeno de baja energía. ^[9] Lideró el equipo TRAP que realizó el primer atrapamiento de antiprotones, ^[10] el primer enfriamiento de electrones de antiprotones atrapados y la acumulación de antiprotones en un aparato de 4 Kelvin. ^{[11] Las demostraciones y métodos hicieron posible un esfuerzo que creció hasta involucrar 4 colaboraciones internacionales de físicos que trabajaban en} el Desacelerador de Antiprotones del CERN . En 1999, el equipo TRAP de Gabrielse realizó la prueba más precisa del teorema fundamental CPT del Modelo Estándar al comparar la relación carga-masa de un solo antiprotón atrapado con la de un protón con una precisión de 9 partes en 10 ¹¹ . ^[12] La precisión de la confirmación resultante de la predicción del Modelo Estándar superó la de las comparaciones anteriores en casi un factor de 10 ⁶ .

Gabrielse ahora lidera el equipo ATRAP en el CERN , uno de los dos equipos que primero produjeron átomos lentos de antihidrógeno y los suspendieron en una trampa magnética . ^{[13] [14]} Tanto los equipos TRAP como ATRAP usaron antiprotones atrapados dentro de un dispositivo de trampa Penning anidado para producir átomos de antihidrógeno lo suficientemente lentos como para quedar atrapados en una trampa magnética. El equipo hizo la primera comparación de una partícula de los momentos magnéticos de un solo protón y un solo antiprotón. ^{[15] [16]} Su comparación, con una precisión de 5 partes por millón, fue 680 veces más precisa que las mediciones anteriores. ^[17]

Se sabe que el grupo de Gabrielse ha realizado las mediciones más precisas del momento magnético del electrón utilizando un solo electrón atrapado. Estas mediciones son las mediciones más precisas de cualquier partícula individual y se encuentran entre las pruebas más estrictas del Modelo Estándar . ^[18] Utilizando la teoría de la electrodinámica cuántica , una medición del momento magnético del electrón también puede interpretarse como una medición de la constante de estructura fina . ^[19] En 2006, el grupo realizó su primera medición con una incertidumbre de 0,76 partes por billón, ^[20] que era 15 veces más precisa que una medición que se había mantenido durante unos 20 años. ^[21] Esta medición se mejoró dos años después por un factor de 2. ^[22] En 2023, el equipo mejoró la incertidumbre de 2008 por otro factor de 2. ^[1]

En 2014, Gabrielse, como parte de la colaboración ACME con John Doyle en Harvard y David DeMille en Yale , midió el momento dipolar eléctrico del electrón en más de un orden de magnitud por encima de la medición anterior utilizando un haz de monóxido de torio , ^[23] un resultado que tuvo implicaciones para la viabilidad de la supersimetría . ^[24] En 2018, la colaboración ACME mejoró este límite superior en otro orden de magnitud. ^[25]

Gabrielse también fue uno de los descubridores del teorema de invariancia de Brown-Gabrielse ^[26] , que relaciona la frecuencia del ciclotrón en el espacio libre con las frecuencias propias medibles de una trampa de Penning imperfecta. Las aplicaciones del teorema incluyen mediciones precisas de momentos magnéticos y espectrometría de masas precisa . ^[27] También hace posible la espectrometría de masas de banda lateral , una herramienta estándar de la física nuclear. ^[28]

Gabrielse también ha inventado un solenoide superconductor autoprotector que utiliza la conservación del flujo y una geometría cuidadosamente elegida de bobinas acopladas para cancelar las fuertes fluctuaciones de campo debidas a fuentes externas. El dispositivo fue responsable del éxito de la comparación precisa de antiprotones y protones, y también permite que los sistemas de imágenes por resonancia magnética (IRM) localicen campos magnéticos cambiantes de fuentes externas, como los ascensores. ^[29]

Gabrielse se identifica como un científico cristiano reformado . En una entrevista, dijo:

No creo que la ciencia y la Biblia estén en conflicto. Sin embargo, es posible malinterpretar la Biblia y la ciencia. Es importante determinar qué aspectos de cada uno de ellos pueden ser malinterpretados. ^[30]

También ha impartido conferencias sobre la relación entre ciencia y religión. En 2006, Gabrielse impartió una conferencia titulada "El dios de la antimateria" en el Instituto Faraday para la Ciencia y la Religión en el Emmanuel College de Cambridge , en la que habló de su investigación sobre la antimateria, así como de su experiencia personal con el cristianismo. ^[31] En 2013 recibió el premio Trotter . ^[32]

• En un episodio de Late Night with Conan O'Brien que se emitió el 21 de febrero de 2007, Jim Carrey y Conan O'Brien discutieron humorísticamente el contenido de un artículo titulado "Stochastic Phase-Switching of a Parametrically-Driven Electron in a Penning Trap" ^[33] . Gerald Gabrielse dijo que era "quizás el artículo más oscuro que he escrito jamás". ^[34]
• Mientras trabajaba en el CERN, Gabrielse atrapó los primeros antiprotones en 1986. La novela posterior de Dan Brown , Ángeles y demonios , y la película basada en ella , utilizan la antimateria atrapada en el CERN como un punto importante de la trama. ^[35]

• Miembro de la Sociedad Americana de Física (1992) ^[36]
• Premio al Alumno Distinguido, Trinity College (1999) ^[37]
• Premio Levenson a la Excelencia en la Educación de Estudiantes Universitarios, Universidad de Harvard (2000)
• Premio Davisson-Germer de la Sociedad Estadounidense de Física (2002) ^[38]
• Premio George Ledlie , Universidad de Harvard (2004) ^[39]
• Premio de Investigación Humboldt , Alemania (2005)
• Premio al alumno distinguido, Calvin College (2006) ^[30]
• Ingresó en la Academia Nacional de Ciencias (2007) ^[40]
• Profesor Källén, Lund, Suecia (2007)
• William H. Zachariasen Profesor de la Universidad de Chicago (2007-2008) ^[41]
• Profesor Poincaré, París (2007) ^{[42] [43]}
• Premio Caterina Tomassoni y Premio Felice Pietro Chisesi , Italia (2008) ^[44]
• Premio Julius Edgar Lilienfeld de la Sociedad Americana de Física (2011) ^[45]
• Premio Trotter , Universidad Texas A&M (2013) ^[32]
• Premio Norman F. Ramsey en Física Atómica, Molecular y Óptica y en Pruebas de Precisión de Leyes Fundamentales y Simetrías (2024) ^[46]

• Publicaciones científicas de Gerald Gabrielse en INSPIRE-HEP