“Memvisualisasikan Proton” melalui animasi dan film » MIT Physics

Kolaborasi seni-sains menguji batas teknologi visual.

Coba bayangkan sebuah proton — partikel kecil bermuatan positif di dalam inti atom — dan Anda dapat membayangkan diagram buku teks yang sudah dikenal: seikat bola bilyar yang mewakili quark dan gluon. Dari model bola padat yang pertama kali diusulkan oleh John Dalton pada tahun 1803 hingga model kuantum yang diajukan oleh Erwin Schrödinger pada tahun 1926, ada garis waktu bertingkat dari fisikawan yang mencoba memvisualisasikan yang tak terlihat.

Sekarang, profesor fisika MIT Richard Milner, fisikawan Laboratorium Jefferson Rolf Ent dan Rik Yoshida, pembuat film dokumenter MIT Chris Boebel dan Joe McMaster, dan James LaPlante dari Sputnik Animation telah bekerja sama untuk menggambarkan dunia subatom dengan cara baru. Dipersembahkan oleh MIT Center for Art, Science & Technology (CAST) dan Jefferson Lab, “Visualizing the Proton” adalah animasi asli dari proton, yang dimaksudkan untuk digunakan di ruang kelas sekolah menengah. Ent dan Milner mempresentasikan animasi dalam pembicaraan kontribusi pada pertemuan April American Physics Society dan juga membagikannya di acara komunitas yang diselenggarakan oleh MIT Open Space Programming pada 20 April. Selain animasi, film dokumenter pendek tentang proses kolaboratif sedang dalam proses.

Ini adalah proyek yang telah dipikirkan Milner dan Ent setidaknya sejak 2004 ketika Frank Wilczek, Profesor Fisika Herman Feshbach di MIT, membagikan animasi dalam Kuliah Nobelnya tentang kromodinamika kuantum (QCD), sebuah teori yang memprediksi keberadaan gluon. dalam proton. “Ada garis keturunan MIT yang sangat kuat untuk subjek ini,” Milner menunjukkan, juga merujuk pada Hadiah Nobel Fisika 1990, yang diberikan kepada Jerome Friedman dan Henry Kendall dari MIT dan Richard Taylor dari SLAC National Accelerator Laboratory untuk penelitian perintis mereka yang mengkonfirmasi keberadaan quark.

BACA JUGA :  MIT memperluas kolaborasi penelitian dengan Commonwealth Fusion Systems untuk membangun mesin fusi energi bersih, SPARC » MIT Physics

Sebagai permulaan, fisikawan berpikir animasi akan menjadi media yang efektif untuk menjelaskan sains di balik Electron Ion Collider, akselerator partikel baru dari Departemen Energi Kantor Sains AS — yang banyak fakultas MIT, termasuk Milner, serta rekan seperti Ent , telah lama menganjurkan. Selain itu, rendering proton secara inheren terbatas, tidak dapat menggambarkan gerakan quark dan gluon. “Bagian penting dari fisika melibatkan animasi, warna, partikel yang memusnahkan dan menghilang, mekanika kuantum, relativitas. Hampir tidak mungkin menyampaikan ini tanpa animasi,” kata Milner.

Pada tahun 2017, Milner diperkenalkan dengan Boebel dan McMaster, yang pada gilirannya menarik LaPlante untuk bergabung. Milner “memiliki intuisi bahwa visualisasi dari kerja kolektif mereka akan sangat, sangat berharga,” kenang Boebel tentang awal proyek. Mereka mengajukan hibah fakultas CAST, dan ide tim mulai hidup.

“Panitia Seleksi CAST tertarik dengan tantangan tersebut dan melihatnya sebagai kesempatan luar biasa untuk menyoroti proses yang terlibat dalam pembuatan animasi proton serta animasi itu sendiri,” kata Leila Kinney, direktur eksekutif inisiatif seni dan CAST. “Kolaborasi seni-sains sejati lebih kompleks daripada komunikasi sains atau proyek visualisasi sains. Mereka melibatkan menyatukan cara yang berbeda, sama-sama canggih untuk membuat penemuan kreatif dan keputusan interpretatif. Penting untuk memahami kemungkinan, batasan, dan pilihan yang sudah tertanam dalam teknologi visual yang dipilih untuk memvisualisasikan proton. Kami berharap orang-orang datang dengan pemahaman yang lebih baik tentang interpretasi visual sebagai mode penyelidikan kritis dan produksi pengetahuan, serta fisika.”

Boebel dan McMaster memfilmkan proses penciptaan interpretasi visual seperti itu dari balik layar. “Itu selalu menantang ketika Anda menyatukan orang-orang yang benar-benar ahli kelas dunia, tetapi dari alam yang berbeda, dan meminta mereka untuk berbicara tentang sesuatu yang teknis,” kata McMaster tentang upaya tim untuk menghasilkan sesuatu yang akurat secara ilmiah dan menarik secara visual. “Antusiasme mereka benar-benar menular.”

BACA JUGA :  Fisika Menengah untuk Kedokteran dan Biologi: Howard Berg (1934–2021)

Pada Februari 2020, animator LaPlante menyambut para ilmuwan dan pembuat film ke studionya di Maine untuk membagikan ide pertamanya. Meskipun memahami dunia fisika kuantum merupakan tantangan yang unik, ia menjelaskan, “Salah satu keuntungan yang saya miliki adalah bahwa saya tidak berasal dari latar belakang ilmiah. Tujuan saya selalu untuk membungkus kepala saya di sekitar sains dan kemudian mencari tahu, ‘Oke, seperti apa bentuknya?’”

Gluon, misalnya, telah digambarkan sebagai pegas, elastik, dan vakum. LaPlante membayangkan partikel, yang dianggap menyatukan quark, sebagai wadah slime. Jika Anda memasukkan kepalan tangan yang tertutup ke dalam dan mencoba membukanya, Anda menciptakan ruang hampa udara, membuatnya lebih sulit untuk membuka kepalan tangan Anda karena bahan di sekitarnya ingin menggulungnya.

LaPlante juga terinspirasi untuk menggunakan perangkat lunak 3D-nya untuk “membekukan waktu” dan terbang di sekitar proton yang tidak bergerak, hanya agar fisikawan memberi tahu dia bahwa interpretasi semacam itu tidak akurat berdasarkan data yang ada. Akselerator partikel hanya dapat mendeteksi irisan dua dimensi. Faktanya, data tiga dimensi adalah sesuatu yang diharapkan dapat ditangkap oleh para ilmuwan dalam tahap eksperimen berikutnya. Mereka semua menghadapi tembok yang sama — dan pertanyaan yang sama — meskipun mendekati topik dengan cara yang sama sekali berbeda.

“Seni saya benar-benar tentang kejelasan komunikasi dan mencoba untuk mendapatkan ilmu pengetahuan yang kompleks untuk sesuatu yang dapat dimengerti,” kata LaPlante. Sama seperti dalam sains, kesalahan sering kali merupakan langkah pertama dari proses artistiknya. Namun, upaya awalnya untuk membuat animasi menjadi hit di kalangan fisikawan, dan mereka dengan bersemangat menyempurnakan proyek tersebut melalui Zoom.

“Ada dua tombol dasar yang dapat diputar oleh para eksperimentalis ketika kita menyebarkan elektron dari proton dengan energi tinggi,” jelas Milner, seperti resolusi spasial dan kecepatan rana dalam fotografi. “Variabel kamera itu memiliki analogi langsung dalam bahasa matematika fisikawan yang menggambarkan hamburan ini.”

BACA JUGA :  Fisika Menengah untuk Kedokteran dan Biologi: Aquaporins dan Peter Setuju

Sebagai “waktu pemaparan,” atau Bjorken-X, yang dalam QCD adalah interpretasi fisik dari fraksi momentum proton yang dibawa oleh satu quark atau gluon, diturunkan, Anda melihat proton sebagai jumlah gluon yang hampir tak terbatas dan quark bergerak sangat dengan cepat. Jika Bjorken-X dinaikkan, Anda melihat tiga gumpalan, atau quark Valence, dalam warna merah, biru, dan hijau. Saat resolusi spasial diputar, proton berubah dari objek sferis menjadi objek panekuk.

“Kami pikir kami telah menemukan alat baru,” kata Milner. “Ada pertanyaan sains dasar: Bagaimana gluon didistribusikan dalam proton? Apakah mereka seragam? Apakah mereka berkelompok? Kami tidak tahu. Ini adalah pertanyaan mendasar dan mendasar yang dapat kita animasikan. Kami pikir ini adalah alat untuk komunikasi, pemahaman, dan diskusi ilmiah.

“Ini adalah awalnya. Saya berharap orang-orang melihatnya di seluruh dunia, dan mereka mendapatkan inspirasi.”

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *