Comprendere il nostro posto nell’universo

Understand our place in the universe.

Lo studioso borsista Martin Luther King Jr. Brian Nord addestra le macchine per esplorare il cosmo e lotta per l’equità nella ricerca.

Brian Nord si innamorò della fisica quando era adolescente, crescendo nel Wisconsin. Il programma di fisica della sua scuola superiore non era eccezionale e talvolta aveva difficoltà a tenere il passo con il materiale della classe, ma queste difficoltà non fecero nulla per diminuire il suo interesse per la materia. Oltre al curriculum principale, gli studenti erano incoraggiati a studiare autonomamente argomenti che trovavano interessanti e Nord sviluppò rapidamente una fascinazione per il cosmo. “Un punto di riferimento a cui torno spesso è lo spazio”, dice. “Il mistero di viaggiare nello spazio e vedere cosa c’è al limite”.

Nord era un appassionato lettore di fumetti e l’astrofisica corrispondeva al suo desiderio di diventare parte di qualcosa di più grande. “Sempre sembrava esserci qualcosa di speciale nell’avere questa parentela con l’universo intorno a te”, ricorda. “Ho sempre pensato che sarebbe stato bello poter avere quella profonda connessione con la fisica”.

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Nord iniziò a coltivare quella connessione durante la sua laurea presso la Johns Hopkins University. Dopo essersi laureato in fisica, ha proseguito gli studi presso l’Università di Michigan, dove ha conseguito una laurea magistrale e un dottorato nella stessa materia. A questo punto, stava già pensando in grande, ma voleva pensare ancora più in grande. Questo desiderio di una comprensione più completa dell’universo lo portò via dall’astrofisica e verso il campo più ampio della cosmologia. “La cosmologia si occupa dell’intero pacchetto, del tutto”, spiega. “Le nostre domande più grandi riguardano l’origine e il destino dell’universo”.

Oscure misteriose

Nord era particolarmente interessato alle parti dell’universo che non possono essere osservate attraverso mezzi tradizionali. Le prove suggeriscono che la materia oscura costituisca la maggior parte della massa dell’universo e fornisca la maggior parte della sua gravità, ma la sua natura rimane in gran parte nell’ambito dell’ipotesi e della speculazione. Non assorbe, riflette o emette alcun tipo di radiazione elettromagnetica, il che la rende quasi impossibile da rilevare per gli scienziati. Ma mentre la materia oscura fornisce la gravità per unire l’universo, una forza altrettanto misteriosa – l’energia oscura – lo sta separando. “Sappiamo ancora meno sull’energia oscura di quanto sappiamo sulla materia oscura”, spiega Nord.

Negli ultimi 15 anni, Nord ha cercato di colmare questa lacuna nella nostra conoscenza. Parte del suo lavoro si concentra sulla modellizzazione statistica di ammassi di galassie e sulla loro capacità di distorcere e ingrandire la luce mentre viaggia attraverso il cosmo. Questo effetto, noto come lente gravitazionale forte, è uno strumento utile per rilevare l’influenza della materia oscura sulla gravità e per misurare come l’energia oscura influisce sul tasso di espansione dell’universo.

Dopo aver conseguito il dottorato, Nord è rimasto presso l’Università di Michigan per continuare la sua ricerca come parte di una borsa di studio post-dottorato. Attualmente ricopre una posizione presso il Fermi National Accelerator Laboratory ed è un membro senior dell’Istituto Kavli per la fisica cosmologica presso l’Università di Chicago. Continua ad indagare sulle domande sull’origine e il destino dell’universo, ma il suo lavoro più recente si è concentrato anche sul miglioramento dei modi in cui facciamo scoperte scientifiche.

Potenziamento dell’IA

Quando si tratta di affrontare le grandi domande sulla natura del cosmo, Nord si è sempre scontrato con un problema principale: sebbene la sua padronanza della fisica possa a volte fargli sentire come un supereroe, è solo umano e gli umani non sono perfetti. Commettono errori, si adattano lentamente alle nuove informazioni e impiegano molto tempo per fare le cose.

La soluzione, sostiene Nord, è andare oltre l’umanità, nel campo degli algoritmi e dei modelli. Come parte del progetto di intelligenza artificiale di Fermilab, trascorre le sue giornate ad insegnare alle macchine come analizzare i dati cosmologici, un compito per cui sono più adatti della maggior parte degli scienziati umani. “L’intelligenza artificiale può darci modelli più flessibili di quelli che possiamo creare noi stessi con carta e penna”, spiega Nord. “In molti casi, fa meglio degli esseri umani”.

Nord sta continuando questa ricerca presso il MIT come parte del programma Martin Luther King Jr. (MLK) Visiting Scholars and Professors. All’inizio di quest’anno, si è unito al Laboratory for Nuclear Science (LNS), con Jesse Thaler del Dipartimento di Fisica e del Center for Theoretical Physics (CTP) come suo ospite accademico. Thaler è il direttore dell’Istituto per l’Intelligenza Artificiale e le Interazioni Fondamentali della National Science Foundation (IAIFI). Da quando è arrivato in campus, Nord ha concentrato i suoi sforzi nell’esplorare il potenziale dell’IA per progettare nuovi esperimenti e strumenti scientifici. Questi processi richiedono un’enorme quantità di tempo, spiega, ma l’IA potrebbe accelerarli rapidamente. “Potremmo progettare il prossimo collisore di particelle o il prossimo telescopio in meno di cinque anni, invece di 30?” si chiede.

Ma se Nord ha imparato qualcosa dai fumetti della sua giovinezza, è che con grandi poteri arrivano grandi responsabilità. L’IA è un incredibile asset scientifico, ma può anche essere utilizzato per scopi più nefasti. Gli stessi algoritmi informatici che potrebbero costruire il prossimo collisore di particelle sono alla base di cose come il software di riconoscimento facciale e gli strumenti di valutazione del rischio che informano le decisioni di condanna nei tribunali penali. Molti di questi algoritmi sono profondamente di parte contro le persone di colore. “È una spada a doppio taglio”, spiega Nord. “Perché se [l’IA] funziona meglio per la scienza, funziona meglio per il riconoscimento facciale. Quindi, sto lavorando contro me stesso”.

Superpoteri per il cambiamento culturale

Negli ultimi anni, Nord ha tentato di sviluppare metodi per rendere l’applicazione dell’AI più etica, e il suo lavoro si è concentrato sulle ampie intersezioni tra etica, giustizia e scoperta scientifica. I suoi sforzi per combattere il razzismo in STEM lo hanno imposto come leader nel movimento per affrontare le disuguaglianze e l’oppressione negli ambienti accademici e di ricerca. Nel giugno del 2020, ha collaborato con membri di Particles for Justice – un gruppo che vanta i professori del MIT Daniel Harlow e Tracy Slatyer, così come l’ex studioso visitatore MLK e ricercatore CTP Chanda Prescod-Weinstein – per creare lo sciopero accademico per la vita dei neri. Lo sciopero, emerso come risposta alle uccisioni da parte della polizia di George Floyd, Breonna Taylor e molti altri, ha chiesto alla comunità accademica di prendere posizione contro il razzismo anti-nero.

Nord è anche coautore di Black Light, un curriculum per apprendere le esperienze nere, e cofondatore di Change Now, che ha prodotto una lista di richieste d’azione per creare un ambiente di laboratorio più giusto a Fermilab. In qualità di cofondatore di Deep Skies, si sforza anche di promuovere comunità di ricerca orientate alla giustizia libere dalle gerarchie tradizionali e dalle strutture di potere oppressive. “L’idea di base è semplicemente l’umanità sulla produttività”, spiega.

Questo lavoro ha portato Nord a riconsiderare ciò che lo ha motivato a intraprendere una carriera in fisica in primo luogo. Quando ha scoperto per la prima volta la sua passione per la materia da adolescente, sapeva di voler usare la fisica per aiutare le persone, ma non sapeva come. “Pensavo di fare qualche tecnologia che salverà vite, e spero ancora di farlo”, dice. “Ma penso che forse più del mio impatto diretto, almeno in questa fase della mia carriera, sia nel cercare di cambiare la cultura”.

La fisica potrebbe non aver concesso a Nord il volo o la visione a raggi X – non ancora, almeno. Ma nel corso della sua lunga carriera, ha scoperto un potere più sostanziale. “Se posso capire l’universo”, dice, “forse questo mi aiuterà a capire me stesso e il mio posto nel mondo e il nostro posto come umanità”.