अपने स्वतंत्र अध्ययन के बाद, एक जूनियर के रूप में Peña पास एपी कैलकुलस को मदद करता है, भौतिकी के साथ उनके आकर्षण ने उन्हें दक्षिणी कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, एमआईटी के ग्रीष्मकालीन अनुसंधान कार्यक्रम के 2019 सत्र और फिर ग्रेड स्कूल के लिए एमआईटी के लिए प्रेरित किया। आज, वह न्यूट्रिनो पर प्रकाश डालने के लिए काम कर रहा है, भूतिया अपरिवर्तित कण जो कि मामले के माध्यम से सहजता से फिसलते हैं। कणों को रुकने के लिए पांच प्रकाश-वर्ष मोटी सीसा की दीवार की आवश्यकता होती है।
जोसेफ फॉर्मैगियो की प्रयोगशाला में एक स्नातक छात्र के रूप में, एक प्रायोगिक भौतिक विज्ञानी, जो न्यूट्रिनो का पता लगाने में नई तकनीकों का नेतृत्व करने के लिए जाना जाता है, पेना प्रमुख भौतिकविदों के साथ काम करता है जो प्रौद्योगिकी डिजाइनिंग प्रौद्योगिकी के साथ ठीक -ठीक मापने के लिए काम करता है कि ब्रह्मांड के सबसे मायावी कणों को क्या है। सूर्य और सुपरनोवा (और कृत्रिम रूप से कण त्वरक और परमाणु रिएक्टरों द्वारा कृत्रिम रूप से उत्पन्न) जैसे स्रोतों से निकलते हुए, न्यूट्रिनो एक अनुपस्थिति के माध्यम से अपनी उपस्थिति को प्रकट करते हैं। उनके अस्तित्व को शुरू में 1930 के दशक में भौतिक विज्ञानी वोल्फगैंग पाउली द्वारा प्रस्तुत किया गया था, जिन्होंने देखा कि ऊर्जा लापता हो रही थी जब परमाणुओं ने रेडियोधर्मी बीटा क्षय के रूप में जाना जाने वाला एक प्रक्रिया से गुजरता था। ऊर्जा के संरक्षण के कानून के अनुसार, रेडियोधर्मी क्षय के दौरान उत्सर्जित कणों की कुल ऊर्जा क्षय परमाणु की ऊर्जा के बराबर होनी चाहिए। लापता ऊर्जा के लिए जिम्मेदार, पाउली ने एक अवांछनीय कण के अस्तित्व का प्रस्ताव रखा जो इसे दूर ले जा रहा था।
आइंस्टीन ई = एम सी2 हमें बताता है कि अगर ऊर्जा गायब है, तो द्रव्यमान भी होना चाहिए। फिर भी भौतिकी के मानक मॉडल के अनुसार – जो कि कणों के व्यवहार के लिए हमारे सबसे विश्वसनीय सिद्धांत प्रदान करता है – न्यूट्रिनो के पास कोई द्रव्यमान नहीं होना चाहिए। अन्य कणों के विपरीत, वे हिग्स क्षेत्र के साथ बातचीत नहीं करते हैं, एक प्रकार का लौकिक गुड़ जो कणों को धीमा कर देता है और उन्हें द्रव्यमान देता है। क्योंकि वे इसे अछूते से गुजरते हैं, उन्हें बड़े पैमाने पर रहना चाहिए।
लेकिन 2000 के दशक की शुरुआत में, शोधकर्ताओं ने पता लगाया था कि न्यूट्रिनो, जो पहली बार 1950 के दशक में पाया गया था, तीन प्रकारों के बीच शिफ्ट हो सकता है, एक उपलब्धि केवल तभी संभव है जब उनके पास द्रव्यमान हो। तो अब टैंटलाइजिंग प्रश्न है: क्याहैउनका द्रव्यमान?
न्यूट्रिनो के सटीक द्रव्यमान का निर्धारण करना यह समझा सकता है कि एंटीमैटर पर क्यों विजयी हुआ, कॉस्मिक इवोल्यूशन के मॉडल को परिष्कृत करना, और डार्क मैटर और डार्क एनर्जी में कणों की भूमिका को स्पष्ट करना। और फॉर्मैगियो लैब प्रोजेक्ट 8 का हिस्सा है, जो उस माप को बनाने के लिए काम करने वाले 17 संस्थानों में 71 वैज्ञानिकों का एक अंतरराष्ट्रीय सहयोग है। ऐसा करने के लिए, लैब ट्रिटियम का उपयोग करता है, हाइड्रोजन का एक अस्थिर आइसोटोप जो हीलियम में तय करता है, एक इलेक्ट्रॉन और एक कण दोनों को जारी करता है जिसे एक एंटीन्यूट्रिनो कहा जाता है (“प्रत्येक कण में एक एंटीपार्टिकल समकक्ष होता है,” फॉर्मैगियो बताता है)। उन इलेक्ट्रॉनों के ऊर्जा स्पेक्ट्रम को ठीक से मापने से, वैज्ञानिक यह निर्धारित कर सकते हैं कि कितनी ऊर्जा गायब है, जिससे उन्हें न्यूट्रिनो के द्रव्यमान का अनुमान लगाने की अनुमति मिलती है।
इस प्रयोग के दिल में एक उपन्यास का पता लगाने की विधि है जिसे साइक्लोट्रॉन रेडिएशन एमिशन स्पेक्ट्रोस्कोपी (CRES) कहा जाता है, जिसे पहली बार 2008 में फॉर्मैगियो और उसके तत्कालीन पोस्टडॉक बेंजामिन मोन्रियल द्वारा प्रस्तावित किया गया था, जो एक चुंबकीय क्षेत्र के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों के सर्पिल के रूप में उत्सर्जित बेहोश रेडियो संकेतों के लिए “सुनता है”। Peña उपकरण के एक महत्वपूर्ण हिस्से को डिजाइन करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता था जो इसे संभव बना देगा: एक तांबा गुहा जिसे वह एक गिटार से पसंद करता है, बीटा क्षय के दौरान जारी इलेक्ट्रॉनों के साथ प्लक स्ट्रिंग्स की तरह अभिनय करता है। गुहा उनके संकेतों को बढ़ाएगा, जिससे शोधकर्ताओं को उन्हें मापने में मदद मिलेगी। Peña ने एक वर्ष से अधिक समय तक मशीनी और साथी भौतिकविदों के सहयोग से डिवाइस के टॉर्च-आकार के प्रोटोटाइप को विकसित करने और परिष्कृत करने में बिताया।
जेसिका चोमिक-मोरलस, एसएम ’25
“उन्हें (डिजाइन और सिमुलेशन) सॉफ्टवेयर सीखना था, यह पता लगाना था कि संकेतों की व्याख्या कैसे करें, और पुनरावृत्ति के बाद पुनरावृत्ति का परीक्षण करें,” फॉर्मैगियो, पेना के सलाहकार कहते हैं। “यह अविश्वसनीय है कि वह इसे एक मोटे विचार से एक काम के डिजाइन तक ले जा रहा है।”
पेना के गुहा के डिजाइन को प्रतिस्पर्धी मांगों को संतुलित करना पड़ा। यह इलेक्ट्रॉनों के संकेतों को निकालने के लिए एक तरीके की आवश्यकता थी जो सिस्टम को कैलिब्रेट करने के लिए शोधकर्ताओं के तरीकों के साथ संगत था, जिसमें से एक में एक ज्ञात, सटीक ऊर्जा के इलेक्ट्रॉनों को इंजेक्ट करने के लिए एक इलेक्ट्रॉन बंदूक का उपयोग करना शामिल है। और इसे गुहा के भीतर विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों के गुणों को संरक्षित करने की भी आवश्यकता थी। मई में, पेना ने अपना अंतिम प्रोटोटाइप वाशिंगटन विश्वविद्यालय में भेजा, जहां इसे जुलाई में स्थापित किया गया था। शोधकर्ताओं को उम्मीद है कि इस गिरावट को अंशांकन शुरू किया जाएगा। तब पेना की गुहा और पूर्ण प्रयोगात्मक सेटअप को बढ़ाया जाएगा ताकि कुछ वर्षों में वे ट्रिटियम का उपयोग करके सीआरईएस डेटा एकत्र करना शुरू कर सकें।
