Erster CHIPP-Postdoc-Preis geht an PSI-Postdoc

Die CHIPP- Promotionspreise, die seit 2008 jedes Jahr während der CHIPP-Jahrestagung verliehen werden, sind mittlerweile zu einer Institution geworden. Bei der diesjährigen Tagung gab es jedoch eine Neuheit: den CHIPP-Postdoc-Preis. Der erste Preisträger ist Efrain Patrick Segarra, Postdoc am PSI und Marie-Curie-COFUND-Stipendiat. Er erhielt den Preis für „seine herausragenden Beiträge zum n2EDM-Experiment am PSI, darunter die ersten Ramsey- und EDM-Testmessungen, wesentliche Verbesserungen der Magnetfeldgleichmässigkeit und Polarisationskontrolle sowie die Entwicklung einer neuartigen Methode zur Extraktion des Spektrums ultrakalter Neutronen und ihrer Speichereigenschaften“.

Derzeit ist Segarra Postdoktorand an der ETH Zürich und weiterhin am n2EDM-Experiment beteiligt. Er hat bereits in der Vergangenheit mit hochspezialisierten Experimenten grosse Erfolge erzielt – zuvor bei einem Experiment zur Protonenstruktur am Jefferson Lab in den USA, jetzt beim n2EDM-Experiment am PSI, bei dem untersucht wird, ob das Neutron ein winziges elektrisches Dipolmoment hat – was eine wissenschaftliche Revolution wäre. Nicht nur, weil es beweisen würde, dass unser derzeitiges Verständnis der Teilchenphysik überarbeitet werden muss, sondern auch, weil es einen Hinweis darauf geben würde, warum Materie im Universum gegenüber Antimaterie dominiert.

Segarra wollte nicht immer Physiker werden; ursprünglich hatte er Informatik und Ingenieurwesen an der University of Michigan studiert. Durch einen Zufall des Schicksals absolvierte er einen Grundkurs in Physik und stellte fest, dass ihm das Fach sehr gefiel. Sein Dozent spielte eine wichtige Rolle bei seiner beruflichen Neuorientierung: „Er nahm mich beiseite und erzählte mir von all den spannenden Dingen, die heute in der modernen Physik passieren – Quantenkommunikation, der Large Hadron Collider, Elektron-Positron-Collider ... und ich dachte: ‚Wow, das ist ja total cool!‘“, sagt Segarra. Er änderte seine Lebenspläne, schloss sein Physikstudium ab und promovierte am Massachusetts Institute of Technology (MIT).

Er entschied sich für ein Promotionsprojekt, bei dem er alle Phasen eines Experiments miterleben konnte, vom Entwurf über den Bau und die Kalibrierung bis hin zur Datenanalyse. Es ging darum, die innere Struktur von Protonen und Neutronen zu untersuchen, die im Kern gebunden sind. „Es war mir sehr wichtig, dass meine Arbeit Spuren hinterlassen würde“, erinnert er sich. „Es stellte sich heraus, dass mir die Forschung wirklich gefiel, und am Ende durfte ich meinen eigenen 0,5-Millionen-Dollar-Detektor bauen und betreiben!“ Sein Betreuer am MIT war genauso motivierend und leidenschaftlich wie der Physikprofessor an der University of Michigan. Die Ergebnisse dieses Experiments werden derzeit noch abschliessend geprüft, sollen aber bald veröffentlicht werden.

Für die Postdoc-Phase, die sich bei akademischen Karrieren traditionell an die Promotion anschliesst, suchte er nach anderen kleineren Experimenten, bei denen er Spuren hinterlassen konnte. Er machte sich in der Schweiz auf die Suche, da seine Frau gerade eine Stelle in Zürich angenommen hatte. Und obwohl er ein kleines Experiment fand – n2EDM hat etwa 60 Kooperationspartner und ist in einem magnetisch abgeschirmten, etwa 5 x 5 Meter grossen Kubus untergebracht –, änderte er seinen Fokus komplett. „Früher habe ich nach neuer Physik gesucht, die sich in grossen Effekten manifestiert, bei denen kleine Korrekturen keine Rolle spielen“, sagt er. „Jetzt bin ich auf der Suche nach einer extrem winzigen physikalischen Eigenschaft – dem elektrischen Dipolmoment von Neutronen. Das ist wirklich Hochpräzisionsphysik – aber es ist eigentlich nur die andere Seite derselben Medaille.“ Schliesslich erforschen beide die grundlegenden Eigenschaften von Neutronen und Atomkernen.

Nachdem er sich mit der Physik von n2EDM einschliesslich Quantenmechanik und Eigenschaften wie Spin vertraut gemacht hatte, machte er sich daran, dem Experiment seinen Stempel aufzudrücken. Die Bedingungen, unter denen n2EDM betrieben werden muss, sind äusserst komplex. Es erfordert eine jahrelange Phase der Inbetriebnahme – aufgrund der aussergewöhnlichen Empfindlichkeit des Experiments müssen seine Systeme wie die ultrapräzise magnetische Abschirmung, die Hochspannungssteuerung und die Magnetometer sorgfältig getestet und feinabgestimmt werden, um sicherzustellen, dass selbst kleinste Effekte nicht mit echten Signalen verwechselt werden – und es wird etwa 200 Tage lang Daten sammeln. „Als wir das Experiment starteten, stellten wir fest, dass die Anzahl der Neutronen, die wir aus der ultrakalten Quelle speichern konnten, von unseren Erwartungen abwich“, erklärt Segarra. „Einige waren verschwunden, und wir haben uns gefragt, wo sie geblieben sind. Wahrscheinlich hing das mit ihrer Energie zusammen, also haben wir eine Technik entwickelt, mit der wir das Energiespektrum der Neutronen extrahieren können, ohne sie zu stören. Dann haben wir das extrahierte Spektrum verwendet und festgestellt, dass es nicht mit unserem Designziel übereinstimmte. Daher schlug die Arbeitsgruppe vor, das Speichermaterial unseres Experiments zu modifizieren, um die Anzahl der Neutronen, die wir speichern können, deutlich zu erhöhen – was unsere Empfindlichkeit erheblich verbessert.“

Nachdem er weiterhin bei n2EDM tätig war und seine Arbeit fortsetzte, wechselte er nun für sein zweites Postdoktorat, das auch Lehr- und Betreuungsaufgaben umfasst, an die ETH. Da ihm das Unterrichten und die Arbeit mit Studierenden sehr viel Spass machen, passt dies genau zu ihm. Und dass er Physik 1 unterrichten darf – den Kurs, der ihn hierher gebracht hat – ist ein zusätzlicher Bonus. „Meine Professoren und Professorinnen haben mein Leben stark geprägt, und ich möchte das Gleiche für meine Studierenden tun. Ich hoffe, dass ich sie genauso motivieren kann.“ Und bald steht ihm ein weiteres einschneidendes Ereignis bevor: In den kommenden Wochen wird er Vater. Herzlichen Glückwunsch und alles Gute!

Barbara Warmbein