Physik neu denken: Silvia Vignolini über den Erfolg an der Grenze zwischen den Disziplinen – Physics World

„Ich habe in der Schule immer Naturwissenschaften oder Mathematik den anderen Fächern vorgezogen“, sagt sie Silvia Vignolini„Aber ich hatte keine Ahnung, was ein Physiker eigentlich macht.“ Vignolinis Vater wuchs in einer kleinen Stadt außerhalb von Florenz in Italien auf und wollte tatsächlich, dass sie ein Fach studierte, das zu „einem richtigen Job“ führen würde, und ihr Weg in die Physik erfolgte eher durch Zufall. „Ich hatte einen großartigen Chemielehrer, der uns dazu brachte, naturwissenschaftliche Bücher zu lesen und sie der Klasse vorzustellen.“

Infolgedessen wurde ihr Interesse an diesem Thema – und an der Astrophysik im Besonderen – geweckt, nachdem Vignolini einen Vortrag über Stephen Hawkings gehalten hatte Eine kurze Geschichte der Zeit. Obwohl sie nicht viel von der in dem Buch besprochenen Wissenschaft verstand, weigerte sie sich aufzugeben und wandte sich an eine Freundin, die Physik studierte, um ihr zu helfen, die unbekannten Konzepte zu verstehen. Anschließend fing sie an, andere wissenschaftliche Bücher zu verschlingen, darunter Bertolt Brechts Galilei-Biographie.

Aber wie sich herausstellte, beruhte Vignolinis Ausflug in die Physik auch auf einem weiteren zufälligen Kommentar. „Ich trug einen großen Pullover von meiner Mutter und eine schwarze Hose – ich hatte diesen Grunge-Look – und jemand sagte, ich wäre ein wirklich guter Physiker“, erinnert sie sich lachend. „Ich glaube nicht, dass ich ein besonderes Genie bin, aber ich habe meine Entscheidung nie in Frage gestellt oder mich gefragt, ob ich gut genug wäre. Ich fand es cool, Physik zu studieren, also habe ich das getan.“

Ich wollte Astrophysik studieren, aber es war nicht so praktisch, wie ich dachte, also habe ich mich schließlich für Licht und Optik entschieden.

Anschließend studierte sie Physik an der Universität von Florenz, Erwerb eines Bachelor- und Master-Abschlusses in diesem Fach. „Ich wollte Astrophysik studieren, aber es war nicht so praktisch, wie ich dachte, also habe ich mich schließlich für Licht und Optik entschieden“, erklärt Vignolini. Doch da sie die erste Person in ihrer Familie war, die eine Universität besuchte, waren ihre Eltern mit ihrer Entscheidung nicht einverstanden. Tatsächlich hatte ihr Vater gehofft, dass sie Wirtschaftswissenschaften studieren und die Finanzen des Familiengeschäfts übernehmen würde. „Er dachte, Physik wäre Zeitverschwendung, da ich nie einen Job finden würde und ich damals nicht wirklich erklären konnte, was Physiker machen.“

Im Jahr 2009 wurde Vignolini ein Doktortitel in optischer Physik angeboten Europäisches Labor für nichtlineare Spektroskopie (LENS) an der Universität Florenz. „Sie sagten mir, es wäre wie meine Masterarbeit, würde aber drei Jahre dauern und bezahlt werden“, erinnert sie sich. „Also sagte ich: ‚Warum nicht?‘“ Vignolini war angelockt von der Gelegenheit, mehr zu forschen und an Konferenzen teilzunehmen, und gibt zu, dass sie ziemlich naiv war, was einen Doktortitel mit sich bringen würde. „Ich war nicht wie die Doktoranden, denen ich jetzt begegne, die darin eine Karriere sehen.“

Neue Begegnungen

Nach ihrer Promotion wurde Vignolini ermutigt, ins Ausland zu gehen, wo sie schließlich als Postdoktorandin tätig war Cavendish Laboratory an der Universität Cambridge im Vereinigten Königreich. Zusammenarbeit mit dem Physiker für weiche Materie Ulrich Steinerbegann sie, die optischen Eigenschaften von Pflanzen und Tieren zu untersuchen, deren lebendige Farben nicht von Pigmenten oder Farbstoffen, sondern von nanoskaligen Strukturen herrühren, die Licht streuen. Aber der Feldwechsel war nicht einfach. „Ich dachte, ich gehe hin, weil das Labor wirklich cool aussieht, aber ich war mir nicht sicher, ob das Projekt funktionieren würde, also bestand ich zusammen mit meinem Vorgesetzten darauf, ein zweites, eher physikbasiertes Projekt zu starten, bei dem es um die Entwicklung neuer optischer Materialien ging.“

Wie sich herausstellte, erwies sich der Umzug nach Großbritannien als großer Erfolg, unterstützt durch die andere Herangehensweise an die Wissenschaft als zu Hause. „Ich fühlte mich wertgeschätzt und enorm motiviert, da die Leute dankbar waren für das, was ich getan habe“, sagt sie. „In Italien muss man den Menschen normalerweise dankbar sein, um arbeiten zu können.“ Sie lobt Cambridge auch für die Öffnung ihres Geistes und die veränderte Art und Weise, wie sie Wissenschaft betreibt. „Jetzt schaue ich nur noch auf die Frage und die Werkzeuge und Leute, die ich brauche, um das Problem zu lösen.“

Nachdem Vignolini 2014 ein Philip and Patricia Brown Next Generation Fellowship von der University of Cambridge erhalten hatte, gründete sie ihre eigene Forschungsgruppe innerhalb der Chemieabteilung von Cambridge. Ihr Team machte sich daran, künstliche photonische Strukturen aus natürlichen Materialien zu bauen, in der Hoffnung, neuartige biologisch abbaubare Materialien zu schaffen, die traditionelle, potenziell gefährliche Farbstoffe ersetzen könnten, die beispielsweise in Kosmetika, Textilien und Sicherheitsetiketten verwendet werden. „Bisher haben wir intensiv daran gearbeitet, nachhaltigere Pigmente herzustellen.“

Als neue Gruppenleiterin wurde ihr durch den Gewinn eines David-Philip-Stipendiums geholfen Forschungsrat Biotechnologie und Biowissenschaften (BBSRC) im Jahr 2013, um zu untersuchen, wie Pflanzen Strukturfarben produzieren. Sie gewann auch einen „Startstipendium“ von dem Europäischer Forschungsrat im Jahr 2015. Vignolini räumt jedoch ein, dass es eine Herausforderung war, Gruppenmitglieder zu finden, da die Forschung langsam ist und Wissenschaftler erfordert, die Kenntnisse in Physik, Chemie und Biologie vereinen.

Die Suche nach Möglichkeiten zur Nachbildung natürlicher Strukturfarben bietet ein enormes kommerzielles Potenzial und Vorteile für die Umwelt. „Wir denken oft nicht wirklich darüber nach, wie Farben hergestellt werden, aber sie werden aus synthetischen Pigmenten und Farbstoffen hergestellt und verursachen enorme Kosten für die Umwelt“, sagt Vignolini. „Sie haben einen hohen Wasser- und Energieverbrauch, können kritische Metalle ausbeuten oder krebserregende Chemikalien enthalten, und viele Abfallstoffe landen im Abwasser und in unseren Ozeanen.“

Vignolini war bestrebt, die in ihrem Labor durchgeführte Forschung zu kommerzialisieren, und beteiligte sich 2022 an der Mitgründung zweier Spin-out-Unternehmen. Sparxell wird geleitet von Benjamin Droguet – einer von Vignolinis ehemaligen Doktoranden – und versucht, die Strukturfarben von Zellulose im großen Maßstab nachzubilden, um farbige Pigmente und Glitzer auf pflanzlicher Basis herzustellen (Nature Materials 21 352). Das andere Unternehmen – Unmögliche Materialien – wird von einer ehemaligen Postdoktorandin ihrer Gruppe geleitet, Lukas Schertelund vermarktet die von Südostasien inspirierten Weißpigmente Cyphochilus Käfer (ACS Nano 16 (5) 7373).

Vignolini ist froh, dass ihre Forschung Eingang in die reale Welt findet, ist aber auch stolz darauf, dass die Studierenden und Postdoktoranden ihrer Gruppe etwas bewirken. „Ich hoffe, dass unsere Technologie positiv für den Planeten und das Problem der globalen Erwärmung sein kann und weiterhin das Beste aus den Menschen herausholt“, sagt sie. „Mentoring ist der wichtigste Teil meiner Arbeit.“

Leitung einer Abteilung

Im Januar 2023 war Vignolini zum Direktor ernannt einer neuen Abteilung an der Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung (MPICI) in Potsdam, Deutschland, das sich nachhaltigen und bioinspirierten Materialien widmet. Sie ist die erste weibliche Direktorin am MPICI und reist derzeit zwischen Großbritannien und Deutschland hin und her, während sie gleichzeitig zwei Kleinkinder großzieht. „Ich hatte nicht erwartet, dass der Job anders sein würde, aber tatsächlich ist es so. In meiner Forschungsgruppe habe ich anderen Menschen geholfen, und hier geht es darum, etwas für andere aufzubauen“, sagt sie.

Naturwissenschaftliche Disziplinen müssen keine klaren Grenzen haben, sie sind alle miteinander verflochten und man muss aufgeschlossen sein

Noch am Anfang ihrer Karriere in Deutschland baut Vignolini einen Elektronenmikroskopraum von Grund auf auf und ist auf der Suche nach einem neuen Team. „Es braucht Zeit, die richtigen Leute zu finden. „Einige Mitglieder der Cambridge-Gruppe werden ab September hierher ziehen, andere suchen nach anderen Positionen“, erklärt Vignolini. „Der Plan ist, zu 100 % hierher zu ziehen, aber ich beende einige Projekte in Cambridge und betreue weiterhin Studenten.“

Wie Treesearch mithilfe der Synchrotronwissenschaft die Geheimnisse von Waldmaterialien erforscht

In Deutschland wird Vignolini zudem ein weiteres Forschungsgebiet namens „ „symbionische Materie“Dabei geht es darum, zu untersuchen, wie Organismen zusammenarbeiten, um Licht zu sammeln und zu manipulieren. Es gibt zum Beispiel eine Art der Grünen Meeresschnecke, die lebende Chloroplasten von den Algen, die sie frisst, absondert, damit die Photosynthese in den Zellen der Nacktschnecke weitergehen kann. „Wissenschaftsdisziplinen müssen keine klaren Grenzen haben, sie sind tatsächlich alle miteinander verflochten und man muss aufgeschlossen sein“, sagt sie. „Ich verstehe nicht mehr wirklich, was Chemie, Physik oder Biologie ist; Ich verfolge einen breiteren Ansatz und glaube, dass sich das wissenschaftliche Wissen auf diese Weise weiterentwickelt.“

• SEO-gestützte Content- und PR-Distribution. Holen Sie sich noch heute Verstärkung.
• PlatoData.Network Vertikale generative KI. Motiviere dich selbst. Hier zugreifen.
• PlatoAiStream. Web3-Intelligenz. Wissen verstärkt. Hier zugreifen.
• PlatoESG. Kohlenstoff, CleanTech, Energie, Umwelt, Solar, Abfallwirtschaft. Hier zugreifen.
• PlatoHealth. Informationen zu Biotechnologie und klinischen Studien. Hier zugreifen.
• Quelle: https://physicsworld.com/a/rethinking-physics-silvia-vignolini-on-succeeding-at-the-boundary-between-disciplines/