“Il doit y avoir d’autres éléments constitutifs que ceux que nous connaissons”, déclare le physicien des particules.
Kerstin Perez est à la recherche d’empreintes de matière noire. Cette substance invisible, qui représente 84 % de la matière de l’univers, est considérée comme une puissante colle cosmique, empêchant des galaxies entières de se désintégrer. Et pourtant, les particules elles-mêmes laissent à peine une trace sur la matière ordinaire, déjouant ainsi tous les efforts de détection déployés jusqu’à présent.
Perez, un physicien des particules à l’Université d’Ottawa. MITespère qu’une expérience de ballon à haute altitude, qui sera lancée dans la stratosphère de l’Antarctique fin 2022, permettra de détecter des signes indirects de matière noire, dans les particules qu’elle laisse derrière elle. Une telle découverte éclairerait de manière significative la nature insaisissable de la matière noire.
L’expérience, que M. Perez codirige, est le spectromètre général d’antiparticules, ou GAPS, un instrument de recherche de la matière noire. NASA-Cette mission, financée par la NASA, vise à détecter les produits de l’annihilation de la matière noire. Lorsque deux particules de matière noire entrent en collision, on pense que l’énergie de cette interaction peut être convertie en d’autres particules, notamment en antideutérons – des particules qui traversent ensuite la galaxie sous forme de rayons cosmiques pouvant pénétrer dans la stratosphère terrestre. Si les antideutérons existent, ils devraient provenir de toutes les parties du ciel, et Perez et ses collègues espèrent que GAPS sera à la bonne altitude et à la bonne sensibilité pour les détecter.
“Nous mesurons tellement de choses sur l’univers, mais nous savons aussi que nous passons complètement à côté d’énormes morceaux de ce dont l’univers est fait”, dit Kerstin Perez. Crédit : Adam Glanzman
“Si nous parvenons à nous convaincre que c’est vraiment ce que nous voyons, cela pourrait nous aider à déterminer ce qu’est la matière noire”, déclare Kerstin Perez, qui a été titularisée cette année au département de physique du MIT.
En plus de GAPS, le travail de Perez se concentre sur le développement de méthodes pour rechercher la matière noire et d’autres particules exotiques dans les supernovas et autres phénomènes astrophysiques capturés par des télescopes terrestres et spatiaux.
“Nous mesurons tellement de choses sur l’univers, mais nous savons aussi qu’il nous manque d’énormes morceaux de ce dont l’univers est fait”, dit-elle. “Il doit y avoir d’autres éléments constitutifs que ceux que nous connaissons. Et j’ai choisi différentes méthodes expérimentales pour les rechercher.”
Construire
Né et élevé dans l’ouest de Philadelphie, Perez se décrivait lui-même comme un “enfant d’intérieur”, surtout porté sur les arts et l’artisanat, le dessin et le design, et la construction.
“J’avais deux pistolets à colle, et je me souviens que je me suis mise à construire des maisons de poupées, non pas parce que je me souciais beaucoup des poupées, mais parce que c’était une chose que l’on pouvait acheter et construire”, se souvient-elle.
Son projet de poursuivre les beaux-arts a pris un tournant lors de sa première année, lorsqu’elle a assisté à son premier cours de physique. La matière qui représentait un défi pour ses camarades de classe est devenue plus naturelle pour Perez, et elle s’est inscrite l’année suivante à la fois en physique et en calcul, enseignés par le même professeur à l’émerveillement contagieux.
Un jour, il a fait une dérivation qui occupait les deux tiers du tableau, et il a pris du recul et a dit : “N’est-ce pas magnifique ? Je ne peux pas l’effacer.’ Il a dessiné un cadre autour et a travaillé pendant le reste de la classe dans ce petit tiers du tableau”, se souvient M. Perez. “C’est ce genre d’enthousiasme qui m’est apparu.”
C’est ainsi qu’après le lycée, elle s’est lancée dans l’aventure. l’Université de Columbiaoù elle s’est inscrite en physique. Désireuse d’acquérir une expérience dans le domaine de la recherche, elle s’est portée volontaire dans un laboratoire de nanotechnologie pour étudier les nanotubes de carbone.
“C’est là que j’ai pris un tournant”, se souvient Mme Perez. “Tous mes antécédents en matière de construction, de création et d’envie de concevoir des choses ont été réunis dans ce contexte de physique. À partir de ce moment-là, j’étais vendu à la recherche expérimentale en physique.”
Elle a également suivi un cours de physique moderne donné par Janet Conrad du MIT, qui était alors professeur à Columbia. Ce cours présentait aux étudiants la physique des particules et les expériences en cours pour détecter la matière noire et d’autres particules exotiques. Le détecteur qui fait le plus parler de lui est CERNLe grand collisionneur de hadrons du CERN à Genève. Le LHC devait être le plus grand accélérateur de particules au monde et sa mise en service était imminente.
Après avoir obtenu son diplôme à Columbia, Perez s’est envolée vers l’ouest pour Caltech, où elle a eu l’occasion de se rendre au CERN dans le cadre de ses études supérieures. Cette expérience s’est avérée précieuse, car elle a aidé à étalonner l’un des détecteurs à pixels du LHC, conçu pour mesurer des particules ordinaires et bien connues.
“Cette expérience m’a appris que, lorsque vous mettez votre instrument en marche pour la première fois,vous devez vous assurer que vous pouvez mesurer les choses que vous savez être là, vraiment bien, avant de pouvoir prétendre que vous regardez quelque chose de nouveau”, dit Perez.
Premier de la classe
Après avoir terminé son travail au CERN, elle a commencé à se tourner vers une nouvelle idée. Alors que le LHC était conçu pour écraser artificiellement des particules afin de rechercher de la matière noire, des projets plus modestes s’intéressaient aux mêmes particules dans l’espace, leur environnement naturel.
“Toutes les preuves que nous avons de la présence de matière noire proviennent d’observations astrophysiques, il est donc logique de chercher des indices dans l’espace”, explique M. Perez. “Je voulais avoir la possibilité, en partant de zéro, de concevoir et de construire fondamentalement une expérience qui pourrait nous dire quelque chose sur la matière noire.”
Forte de cette idée, elle est retournée à Columbia, où elle a rejoint l’équipe de base qui travaillait à la mise en place de l’expérience GAPS sur ballon. En tant que postdoc, elle a développé une méthode rentable pour fabriquer les plus de 1 000 détecteurs en silicium de l’expérience, et a depuis continué à diriger le programme de détecteurs en silicium de l’expérience. Puis en 2015, elle a accepté un poste de professeur au Haverford College, près de sa ville natale.
“J’y suis restée un an et demi, et j’ai absolument adoré”, dit Perez.
À Haverford, elle se lance non seulement dans la recherche en physique, mais aussi dans l’enseignement. Le collège offrait un programme permettant aux professeurs d’améliorer leurs cours, chaque professeur rencontrant chaque semaine un étudiant de premier cycle formé pour observer et donner son avis sur son style d’enseignement. Mme Perez a été jumelée avec une étudiante de couleur qui, un jour, lui a fait part d’une expérience peu accueillante qu’elle avait vécue dans un cours d’introduction et qui l’avait finalement découragée de se lancer dans l’informatique.
En écoutant l’étudiante, Perez, qui a souvent été la seule femme de couleur dans les cours de physique avancée, les laboratoires, les équipes expérimentales et les listes de professeurs, a reconnu une parenté et une vocation. À partir de ce moment-là, en plus de ses travaux de physique, elle a commencé à explorer une nouvelle direction de recherche : l’appartenance.
Elle s’est adressée à des psychologues sociaux pour comprendre les questions de diversité et d’inclusion, ainsi que les facteurs systémiques contribuant à la sous-représentation en physique, en informatique et dans d’autres disciplines STIM. Elle a également collaboré avec des chercheurs en éducation pour développer des pratiques de classe visant à encourager l’appartenance des étudiants, dans le but de retenir les étudiants sous-représentés.
En 2016, elle a accepté une offre pour rejoindre la faculté de physique du MIT, et a apporté avec elle le travail sur l’enseignement inclusif qu’elle avait commencé à Haverford. Au MIT, elle a équilibré ses recherches en physique des particules avec l’enseignement et avec la construction d’une classe plus inclusive.
“Il est facile pour les enseignants de se dire qu’ils doivent revoir complètement leur programme et transformer leur classe, mais qu’ils ont tellement de recherches à faire et que l’enseignement est une petite partie de leur travail qui, franchement, n’est pas récompensée la plupart du temps”, explique Mme Perez. “Mais si vous regardez la recherche, il n’en faut pas beaucoup. Ce sont les petites choses que nous faisons, en tant qu’enseignants qui sont au devant de la classe, qui ont un grand impact.”
