Studenter vinner Apker-priset för arbete med slemmögel och svarta hål

Priset 2022 har gått till studenter inom biofysik och astrofysik.

Av Liz Boatman | 10 november 2022

Adam Dionne (till vänster) och Matthew Cuvari, mottagare av 2022 års Apker Award.


Varje år erkänner American Physical Society grundutbildningsprestationer i fysik med LeRoy Apker Award. Årets mottagare är Matthew Cuvari, senior vid Syracuse University, och Adam Dionne, nu i sitt första år på ett doktorandprogram vid Harvard University, för arbete han slutfört som student vid Williams College.

Dionne undersökte transport av näringsämnen i slemmögel, medan Cufari byggde en modell för att förklara ursprunget till en periodisk skur av ljus som sänds ut från en avlägsen galax.

Dionne tillbringade många timmar i labbet, böjd över petriskålar när han odlade sin organism, Physarum polycephalum — matar den med havreflingor, slemmögelns favoritmåltid. Han observerade rumsliga mönster i näringsämnesfördelning i slemmögeln, som han sedan modellerade med hjälp av principer för nätverksteori.

Physarum kan göra saker som att lösa en labyrint eller skapa det här optimala distributionsnätverket, säger Dionne, även om det inte har något nervsystem och dess transportnät är “mycket decentraliserat och enkelt.” Han arbetade tillsammans med Henrik Ronellenfitsch, då biträdande professor vid Williams, för att utveckla en teori som underbygger organismens beteenden. Duon samarbetade med biträdande professor Katharine Jensen för den experimentella delen.

“Jag kunde börja se hur modellen kom ihop på ett sätt som visade hur denna organism, Physarumverkligen organiserade sig, säger Dionne.

Cufari studerade under tiden en galaktisk kärna, känd som ASASSN-14ko, i ett avlägset område på himlen. Andra forskare hade rapporterat om en periodisk ljusskur från ASASSN-14ko, som sänds ut var 114:e dag. De spekulerade i att källan kunde vara en stor stjärna gravitationsmässigt bunden till ett svart hål i galaxens centrum, som avger blossen varje gång stjärnan slingrade sig runt och passerade nära det svarta hålet.

Men de kunde inte förklara hur en stjärna kunde ha fångats i en bana som är tillräckligt tät för att ge upphov till den korta periodiciteten på 114 dagar. Så Cufari och hans projektrådgivare, biträdande professor Eric Coughlin, gav sig i kast med att utveckla en modell som skulle förklara, och sedan simulera, hur detta kunde hända. Duon visade slutligen att det svarta hålet troligen fångade den stora stjärnan från ett närliggande binärt stjärnsystem, i en process som kallas Hills-mekanismen.

Vid vissa tillfällen under projektet verkade deras modell inte fungera. “Det var ofta svårt att avgöra om modellen inte kunde förklara ursprunget till ASASSN-14ko, eller om en del bara behövde omprövas”, säger Cufari.

Trots utmaningarna var Cuvaris beräkningar perfekta. “[When] man jobbar på en modell i månader som ger förutsägelser i magnifik överensstämmelse med observation — det är verkligen fantastiskt, säger han.

Apker Award bilder
Kredit: Adam Dionne (bild till vänster). NASA:s Goddard Space Flight Center/Chris Smith (USRA/GESTAR) (illustration till höger).

Dionne studerade slemmögeln Physarum polycephalum och dess komplexa system för att distribuera näringsämnen (till vänster). Cuvari studerade den galaktiska kärnan ASASSN-14koA, vars regelbundna ljusskurar tros vara orsakade av ett svart hål som suger material från en stjärna i omloppsbana.


Även om labyrintlösande slemmögel och hungriga svarta hål verkar orelaterade, förlitade sig båda projekten på datorsimuleringar, som studenterna bemästrade tack vare sina grundutbildningar i datavetenskap.

”Det är verkligen lätt att tappa ur sikte hur revolutionerande [computers] är verkligen”, säger Dionne. “Att se hur spetsen inom forskning använder dem för att förstå system … var verkligen inspirerande.”

Båda studenterna tillskriver sin forskning att fysiken känns relevant för den verkliga världen. Cufari säger att han lärde sig hur investeringar i teleskopens optiska system har påverkat en rad olika teknologier, som instrument som används inom medicin för att diagnostisera och behandla sjukdomar. Och Dionne understryker att “nycker” slemmögel kan göra mer än att lösa labyrinter – det kan informera vår förståelse av decentraliserad distribution i stora nätverk, vilket har konsekvenser för moderna system som elnät, säger han.

Så vad händer härnäst för de två fysikerna?

Cuvari, som en gång trodde att han skulle bli läkare eller advokat, planerar nu att göra en karriär inom vetenskapen på grund av “den typ av problemlösning som går in i fysikforskning – de öppna frågorna”, säger han. Han dras också till fältets tillämpningar – till exempel för teknik för ren energi – och den roll fysiker kan spela för att “driva tekniken framåt, göra livet mer rättvist, mer tillgängligt för alla och förbättra världen som vi har idag.”

Cuvari ansöker till forskarutbildningar för att främja sina intressen inom plasmaastrofysik, i hopp om att bli forskare eller professor, säger han.

Dionne, under sin första termin vid Harvard, är redan fokuserad på att “försöka hitta ett sätt att göra forskning som är både meningsfull för mig och [that helps] ut andra människor.” För honom är vetenskapskommunikation nyckeln. Fysiker har “en roll att spela, en skyldighet att kommunicera … med allmänheten på ett sätt som de kan förstå”, säger han. En del av denna börda för fysiker inkluderar att “återställa förtroendet” som allmänheten har förlorat under de senaste åren, genom att bli bättre kommunikatörer.

Utöver det säger Dionne att han fortfarande kartlägger sin kurs, delvis för att, som en första generationens collegestudent som blev första generationens doktorand, “jag visste inte riktigt att en doktorsexamen var ett alternativ för mitt liv förrän jag gick på college .”

För nu, “jag försöker bara bli den bästa vetenskapsmannen jag kan”, säger han, “för det är vad jag tycker om och [it’s] en riktigt meningsfull karriär att göra.”

Liz Boatman är personalskribent för APS Nyheter.

Leave a Comment

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