¿Qué implica un doctorado en física de partículas?

Primero, eso depende de si quieres ser teórico o experimentalista. Yo era experimentalista, así que lo sé mejor, pero creo que puedo responder a ambas. Un teórico podría entrar en más detalles para su doctorado específico.

En general, un doctorado es de 5 a 8 años. Según mi experiencia y la de mis colegas, diría que la media es de aproximadamente 6. Generalmente, harás 2 años de clases. Tu primer año es un estudio en profundidad de lo que ya aprendiste en la universidad. CMech, QMech, E&M, StatMech. En algún momento antes de su segundo año, probablemente tendrá que tomar un examen de calificación. Estas son generalmente pruebas de 2 días. Son difíciles, estudiarás mucho y, como dijo mi antiguo asesor, nunca sabrás más física que el día de tus estudios. Si los aprueba (obtiene algunos intentos), pasa a los cursos de segundo año. Estas son tus especialidades. Para mí, esto era 2 cuartos (teníamos cuartos en el sistema UC) de física de partículas, 2 cuartos de QFT y quizás 1 cuarto de otra cosa. Durante todo esto, también estará TA y tratará de encontrar un asesor. Si vas a la teoría, tendrás que tomar más QFT, más matemáticas, probablemente teoría de cuerdas. Eventualmente encontrará un asesor y él o ella lo ayudarán a comenzar a investigar. Mi consejo es encontrar un asesor temprano y comenzar a trabajar durante los veranos. Luego, una vez que tenga un poco de investigación en su haber, tendrá que llegar a un tema para su disertación, que será el objetivo principal de su investigación. Tiene que ser una investigación original. Probablemente deba aprobar algún tipo de examen oral frente a un comité antes de que se apruebe. Pase eso y felicidades, tiene sus Maestros. Si eres un experimentalista, probablemente significa que tu asesor tiene fondos de subvención para pagarte para que ya no tengas que hacer un TA. Si eres un teórico, es probable que lo hagas.

De aquí en adelante, hablaré sobre ser solo un experimentalista. Probablemente esté trabajando en una colaboración, ya sea uno de los experimentos en el LHC o uno de los experimentos con neutrinos. De cualquier manera, es posible que te mudes a la ciudad en la que se encuentra el laboratorio. Tendrás que hacer las horas de servicio que se requieren para afirmar que eres miembro de la colaboración. A medida que investigas más y más, te conviertes progresivamente en un experto en tu campo específico. Tendrás más responsabilidades, pero es probable que siempre haya un científico sénior o postdoctorado mirando por encima del hombro. Darás muchísimas presentaciones, aprenderás cómo dar charlas y responder preguntas y cómo no quedarte agotado cuando la gente te hace preguntas diseñadas para confundirte y no sabes la respuesta. Todas las buenas lecciones de vida. Cuatro años después, más o menos, habrás hecho tu experimento, con toda probabilidad no has encontrado nada, pero has movido el listón hacia la siguiente persona. Tal vez haya tenido la suerte de encontrar una nueva forma radical de medir el fondo o discernir la señal. Escribes una disertación (que seré sincero, me tomó toda una semana para hacer porque solo estaba poniendo varios documentos que ya había escrito coherentemente) y defiéndeme. En caso de pasar, que lo hará, ¡felicidades! ahora eres un doctorado. ¡Virutas de embalaje! Ahora qué hacer. Puede ser un post-doc, lo cual es una experiencia gratificante (según me han dicho) o irse y unirse a un laboratorio, ingresar a las finanzas, ingresar al análisis de datos. De cualquier manera, sus experiencias y conocimientos probablemente serán altamente valorados.

Los detalles de lo que implicará dependen del área de la física de partículas. Es un tema sorprendentemente amplio. Desde la teoría formal hasta el desarrollo del detector, aquí hay algunas cosas posibles que podría estar haciendo:

  • Trabajo matemático formal sobre, por ejemplo, teoría de cuerdas o conexiones entre geometría y teorías generales de calibre
  • Construcción de modelos, es decir, estudios matemáticos sobre cómo construir campos e interacciones que podrían ser extensiones viables de lo que actualmente conocemos del universo. Probablemente uso intensivo de paquetes de álgebra computacional.
  • La fenomenología esencial, es decir, la física teórica apuntalada matemáticamente en la computación de cosas que podrían ser vistas por los experimentadores; a veces es un trabajo muy laborioso y, a menudo, está relacionado con la creación de códigos de computadora públicos para los cálculos.
  • Fenomenología que restringe el modelo, sentado en la cerca entre la teoría y el experimento. Ejecutar y tal vez escribir códigos de computadora que simulan observables en los experimentos y usarlos para poner límites a posibles nuevos modelos de física. Algunas personas que hacen esto son “teóricos”, otros “experimentadores”, pero la distinción puede ser difícil de establecer.
  • Simulación y análisis experimentales, es decir, tomar los enormes archivos de datos registrados por experimentos de física de partículas y encontrar formas inspiradas en la teoría o de aprendizaje automático para estudiarlas y proporcionar (teóricos) información actualizada sobre lo que está sucediendo. Pesado en análisis de datos computacionales, métodos estadísticos, etc.
  • Operaciones experimentales y calibración: desarrollo de algoritmos para filtrar eficientemente la manguera de bomberos de datos provenientes del hardware, algoritmos para reconstruir y calibrar mejor los objetos físicos a partir de señales electrónicas del detector, desarrollar sistemas informáticos a gran escala para el procesamiento de datos, supervisar el funcionamiento diario de toma de datos.
  • Desarrollo de detectores: el hardware y la electrónica funcionan a la vanguardia de la tecnología, con posibles conexiones a la industria, por ejemplo, a través de escáneres médicos.

En el lado experimental, generalmente hay algunos proyectos de “servicio” en operaciones y calibración, y el énfasis principal de una tesis será el análisis de datos o el desarrollo del detector, según su preferencia. Además de las operaciones, todo será una investigación original, pero eso no significa que todos tus pensamientos tengan que ser novedosos, sino que nadie más haya hecho ese trabajo antes, y es de esperar que al menos tengas que inventar algunos. técnicas ligeramente nuevas y aplicarlas a un nuevo problema. Es mucho más fácil encontrar “cosas que no se han hecho antes” de lo que podrías imaginar 😉

Sobre las cuestiones logísticas: la duración depende completamente del país y puede ser entre 3 y 6+ años; estará separado de un programa de maestría; y tenga en cuenta que la mayoría de las personas que trabajan en grandes laboratorios no trabajan directamente en el laboratorio, sino que son uno de los muchos institutos participantes en todo el mundo. Entonces, en el último punto, si desea pasar tiempo trabajando en uno de los mejores laboratorios, solicite un doctorado en universidades líderes que contribuyan a cosas interesantes en los experimentos de esos laboratorios.