Lia Merminga: σκηνοθετώντας το μέλλον της Fermilab

Λία Μέρμινγκα μόλις κατέλαβε ένα σημαντικό μανδύα στον επιστημονικό κόσμο. Τον Απρίλιο, ο διάσημος επιταχυντής φυσικός ανέλαβε διευθυντής του Εθνικό Εργαστήριο Επιταχυντή Fermi (Fermilab) – ένα από τα πιο εμβληματικά ερευνητικά κέντρα σωματιδιακής φυσικής στον κόσμο. Η επίτευξη αυτής της κορυφαίας θέσης είναι ένα μνημειώδες επίτευγμα και η Merminga σκέφτεται το μονοπάτι που την οδήγησε να γίνει επικεφαλής του ινστιτούτου όπου ξεκίνησε το ταξίδι της στη φυσική των επιταχυντών.

Μεγαλώνοντας στην πατρίδα της, την Ελλάδα, όπου γεννήθηκε το 1960, η Merminga είχε μια παιδική αποφασιστικότητα να ακολουθήσει την επιστήμη. Πράγματι, μια από τις πρώτες της εμπνεύσεις ήταν να ακούει την οικογένειά της να λέει ιστορίες για τον θείο της, Γιώργο Δούσμανη, ο οποίος είχε διδακτορικό στη φυσική από Πανεπιστήμιο Κολούμπια. «Ήταν θρυλικός στην οικογένειά μου», θυμάται. «Έχω μια συναρπαστική φωτογραφία του ως μεταπτυχιακός φοιτητής με [βραβευμένους με Νόμπελ φυσικούς] Λέον Λέντερμαν και Τσουνγκ-Ντάο Λι στο παρασκήνιο." Το ενδιαφέρον της Merminga για την επιστήμη γαλβανίστηκε περαιτέρω από μια βιογραφία του Marie Curie, που διάβασε σε ηλικία 13 ετών και μια εξαιρετική δασκάλα φυσικής που είχε στο γυμνάσιο. «Ένιωσα ότι αυτή ήταν μια ζωή που άξιζε να ζήσει», λέει, «να αφοσιωθεί στην επιστήμη με έναν τόσο μοναδικό σκοπό, να προωθήσει τη γνώση και να έχει τεράστιο αντίκτυπο στην κοινωνία».

Αφού τελείωσε το σχολείο, η Merminga συνέχισε να σπουδάζει φυσική στο Πανεπιστήμιο Αθηνών. Στο τρίτο έτος της, ο επιβλέπων της διατριβής ήταν καθηγήτρια θεωρητικής σωματιδιακής φυσικής και η Merminga αποφάσισε ότι αυτός ήταν ο κλάδος της επιστήμης στον οποίο ήθελε να ασχοληθεί. «Δεν είναι πιο βαθύ από αυτό», εξηγεί, «απλώς η κατανόηση των πιο θεμελιωδών συστατικών και των αλληλεπιδράσεων της ύλης».

Έβαλε το βλέμμα της στις μεταπτυχιακές σπουδές στο Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν στο Αν Άρμπορ, ΗΠΑ, με την πρόθεση να μελετήσει τη θεωρητική σωματιδιακή φυσική. Η αίτηση της Merminga ήταν επιτυχής και το 1983 μετακόμισε σε όλο τον κόσμο για να ακολουθήσει τα ακαδημαϊκά της όνειρα.

Η Merminga παρακολούθησε μαθήματα και έκανε κάποια ερευνητικά προγράμματα στον κλάδο της επιλογής της. Αλλά τελικά διαπίστωσε ότι η θεωρητική σωματιδιακή φυσική δεν ήταν τόσο ευχάριστη όσο φανταζόταν, λόγω των μακρών χρονικών διαστημάτων μεταξύ της ανάπτυξης μιας θεωρίας και της δυνατότητας πειραματικής δοκιμής της. Αφού έμαθε για ένα πρόγραμμα μεταπτυχιακών φοιτητών στην επιστήμη του επιταχυντή στο Fermilab, επισκέφτηκε το ερευνητικό ινστιτούτο για πρώτη φορά. Αυτή αποδείχθηκε μια κομβική στιγμή στην καριέρα της.

Επιταχυνόμενη επιστήμη

Οι επιταχυντές σωματιδίων προωθούν δέσμες φορτισμένων σωματιδίων – από πρωτόνια και ηλεκτρόνια σε ιόντα – με πολύ υψηλές ταχύτητες, κοντά σε αυτή του φωτός. Η επιστήμη των επιταχυντών εστιάζει στο σχεδιασμό, τη λειτουργία και τη βελτιστοποίηση αυτών των τεράστιων μηχανών για να επιτρέψει τη σωματιδιακή φυσική και πολλά άλλα επιστημονικά πεδία. Οι ερευνητές εργάζονται συνεχώς για τη βελτίωση της ικανότητάς μας να ελέγχουμε και να κατευθύνουμε δέσμες, αντί να κοιτάμε απλώς την έκβαση των συγκρούσεων.

«Τα χρονοδιαγράμματα για αυτά τα πειράματα είναι πολύ μικρότερα από ό,τι στη σωματιδιακή φυσική», εξηγεί η Merminga. «Αυτό με απασχόλησε. Θα μπορούσα να αναπτύξω θεωρίες και να τις δοκιμάσω και να έχω πιο άμεσα αποτελέσματα». Έτσι, εντάχθηκε στο πρόγραμμα διδακτορικών σπουδών στο Fermilab, δουλεύοντας στο Tevatron – ο επιταχυντής με την υψηλότερη ενέργεια στον κόσμο εκείνη την εποχή.

Για να βελτιστοποιήσετε τις συγκρούσεις, είναι σημαντικό να μπορείτε να προβλέψετε και να ελέγξετε τη δέσμη των σωματιδίων στη σήραγγα του επιταχυντή, ειδικά με την παρουσία μη καλά μελετημένων μη γραμμικών επιδράσεων. Για το διδακτορικό της έργο, η Merminga χρησιμοποίησε θεωρητικούς φορμαλισμούς και πειραματικά δεδομένα από το Tevatron για να μελετήσει πώς η δυναμική της δέσμης αντέδρασε στο μαγνητικό σύστημα που χρησιμοποιείται για να το κατευθύνει και να το εστιάζει, ειδικά όπου η μη γραμμικότητα έγινε βασικός περιοριστικός παράγοντας για την απόδοση. Η δουλειά της ενημέρωσε τον σχεδιασμό του Superconducting Super Collider, που σχεδιαζόταν εκείνη την εποχή.

Αφού ολοκλήρωσε το διδακτορικό της – έγινε μόνο η δεύτερη φοιτήτρια που αποφοίτησε από το συγκεκριμένο πρόγραμμα εκείνη την εποχή – η Merminga πήγε να εργαστεί στο Stanford Linear Accelerator Center (SLAC). Έκτοτε, έχει περάσει μια καριέρα ως ειδικός σε πολλούς τομείς της επιστήμης των επιταχυντών. Πράγματι, έχει διατελέσει αρκετούς ηγετικούς ρόλους, συμπεριλαμβανομένης της προϊσταμένης του τμήματος επιτάχυνσης στο TRIUMF, το κέντρο επιταχυντή σωματιδίων του Καναδά.

Προτεραιότητες του έργου

Ενώ η Merminga προχωρούσε στην καριέρα της, η Fermilab άλλαζε επίσης. Το 2011, μετά από σχεδόν 30 χρόνια σύγκρουσης πρωτονίων και αντιπρωτονίων, το Tevatron έκλεισε. Αυτό σηματοδότησε μια σημαντική αλλαγή στην εστίαση του εργαστηρίου μακριά από πειράματα υψηλής ενέργειας. Μέρος της λογικής πίσω από αυτήν την αλλαγή προήλθε από τη διεθνή φύση της σωματιδιακής φυσικής – καθώς καμία χώρα δεν έχει την ικανότητα να κάνει όλα τα πειράματα, είναι λογικό οι μεγάλες ερευνητικές εγκαταστάσεις να ερευνούν διαφορετικούς τομείς.

Από το 2011, CERN'S Large Hadron Collider ήταν σε λειτουργία με υψηλότερες ενέργειες από το Tevatron. οπότε η Fermilab είδε την ευκαιρία να πρωτοστατήσει σε πειράματα υψηλής έντασης. Τα τελευταία είναι ιδιαίτερα σημαντικά για τη μελέτη των νετρίνων. Αυτά τα μικροσκοπικά σωματίδια έχουν εξαιρετικά χαμηλούς ρυθμούς αλληλεπίδρασης, επομένως για να παρατηρηθούν τέτοια γεγονότα είναι απαραίτητο να δημιουργηθούν τεράστιες ποσότητες από αυτά.

Το 2015, για να υποστηρίξει νέα πειράματα, η Fermilab ξεκίνησε την κατασκευή του Σχέδιο Βελτίωσης Πρωτονίων-ΙΙ (PIP-II), και η Merminga επέστρεψε σε αυτήν alma mater να ηγηθεί του έργου. Ο PIP-II είναι ένας γραμμικός επιταχυντής μήκους 215 μέτρων που θα χρησιμεύσει ως η καρδιά του νέου συγκροτήματος επιταχυντών της Fermilab και θα συμβάλει σε πολλαπλά νέα πειράματα. Ένας από τους κύριους στόχους του PIP-II είναι να δημιουργήσει την πιο έντονη δέσμη νετρίνων στον κόσμο, εκτοξεύοντας την έντονη δέσμη πρωτονίων του σε έναν στόχο γραφίτη. Αυτά τα νετρίνα θα σταλούν μέσω των δύο Βαθύ υπόγειο πείραμα νετρίνων Ανιχνευτές (DUNE), οι οποίοι είναι υπό κατασκευή – ο ένας στο Fermilab και ο άλλος 1300 km μακριά στη Νότια Ντακότα.

Ο λόγος για τον οποίο βρίσκονται τόσο μακριά είναι ότι τα νετρίνα έχουν τρεις «γεύσεις» –ηλεκτρόνιο, μιόνιο και ταυ– και παρουσιάζουν την παράξενη συμπεριφορά της «ταλάντωσης» μεταξύ αυτών των τύπων καθώς ταξιδεύουν. Η μεγάλη απόσταση μεταξύ των δύο ανιχνευτών αυξάνει την ευαισθησία τους σε αυτές τις ταλαντώσεις, με αυτή τη συμπεριφορά να έχει δυνητικά βαθιές επιπτώσεις για ολόκληρο το σύμπαν. Οι φυσικοί πιστεύουν ότι μπορεί να υπάρχει διαφορά στον τρόπο με τον οποίο τα νετρίνα και τα αντινετρίνα ταλαντώνονται μεταξύ των γεύσεών τους, κάτι που θα υποδηλώνει παραβίαση της συμμετρίας ύλης-αντιύλης (παραβίαση C-P) και της φυσικής πέρα ​​από το Καθιερωμένο Μοντέλο. Μια τέτοια διαφορά μπορεί ακόμη και να είναι το κλειδί για το γιατί υπάρχει περισσότερη ύλη παρά αντιύλη στο σύμπαν – μια κρίσιμη προϋπόθεση για την ύπαρξή μας.

Θα ήθελα πολύ να δω το DUNE να φτάνει την οριστική απάντηση στις ταλαντώσεις των νετρίνων και την παραβίαση C–P όσο το δυνατόν γρηγορότερα επειδή σχετίζεται με την ασυμμετρία ύλης-αντιύλης και γιατί είμαστε ακόμη εδώ

Λία Μέρμινγκα

Έτσι η Merminga ελπίζει ότι οι μελέτες νετρίνων που τροφοδοτούνται από το PIP-II θα ρίξουν φως σε αυτό το μεγάλο ερώτημα. «Θα ήθελα πολύ να δω το DUNE να φτάνει την οριστική απάντηση στις ταλαντώσεις των νετρίνων και στην παραβίαση του C–P όσο το δυνατόν γρηγορότερα», λέει, «επειδή σχετίζεται με την ασυμμετρία ύλης-αντιύλης και γιατί είμαστε ακόμη εδώ».

Η Merminga είναι επίσης ενθουσιασμένη από τη σχετική τεχνολογία, όπως η τεχνολογία υπεραγώγιμων ραδιοσυχνοτήτων (SRF) –στην οποία η Fermilab είναι παγκόσμιος ηγέτης– και επιθυμεί να δει πόσο μακριά το ινστιτούτο μπορεί να ωθήσει εκεί τα όρια. Το SRF βελτιώνει την απόδοση του επιταχυντή αποφεύγοντας την απώλεια ενέργειας που συνήθως συμβαίνει μέσω της αντίστασης στα ρεύματα στα τοιχώματα του επιταχυντή. Οι δομές του PIP-II θα είναι κατασκευασμένες από υπεραγώγιμο νιόβιο και θα ψύχονται στους 2 K για να επωφεληθούν από αυτήν την ιδιότητα.

Τώρα που είναι διευθύντρια του Fermilab στο σύνολό του και όχι του PIP-II συγκεκριμένα, η Merminga δεν θα ασχοληθεί τόσο στενά με αυτό όσο πριν, αλλά σκοπεύει να παρακολουθήσει την πρόοδό του και παραμένει παθιασμένη με το έργο . «Όταν τελειώσει θα χρησιμοποιηθεί για άλλα 50 χρόνια από τις γενιές που έρχονται μετά από μένα», λέει. «Είναι ισχυρό να συνεισφέρεις σε κάτι με διαρκή αξία».

Πρωτοπόρος

Ενώ η επιστημονική γνώση προοδεύει, το ίδιο συμβαίνει και με τον κόσμο γύρω της. Ίσως το γεγονός ότι η Fermilab οδηγείται από γυναίκα για πρώτη φορά είναι απόδειξη αυτών των αλλαγών. Προσωπικά, η Merminga δεν αισθάνεται ότι το φύλο της ήταν εμπόδιο στην καριέρα της και τονίζει τη δύναμη της τεχνικής επάρκειας.

«Όταν είμαι η μόνη γυναίκα σε ένα δωμάτιο», εξηγεί, «αν δώσω τις σωστές απαντήσεις ή έχω τις σωστές ιδέες, θα πάψουν να με σκέφτονται ως γυναίκα και θα επικεντρωθούν σε αυτό που συνεισφέρω. Έτσι το έχω αντιμετωπίσει στην καριέρα μου. Να είσαι πολύ καλός σε αυτό που κάνεις και αργά ή γρήγορα θα πρέπει να σε ακούσουν». Ωστόσο, πιστεύει ότι η υποεκπροσώπηση των γυναικών στη φυσική πρέπει να αλλάξει, προσθέτοντας ότι οι ομάδες είναι πολύ πιο επιρροές και αποτελεσματικές όταν έχουν πιο διαφορετικές προοπτικές να αξιοποιήσουν.

Η Merminga αποδίδει μεγάλο μέρος της αυτοπεποίθησής της στο ότι παρακολούθησε ένα σχολείο αποκλειστικά για κορίτσια, σημειώνοντας ότι τα αγόρια μερικές φορές μπορεί να είναι πιο δυναμικά. «Μέχρι τα 18 μου, ήμουν σε ένα περιβάλλον που ήταν λίγο προστατευμένο», λέει. «Αυτό με βοήθησε να αποκτήσω εμπιστοσύνη στον εαυτό μου. Όταν πήγα στο πανεπιστήμιο, μόνο το 10% των φοιτητών ήταν γυναίκες, αλλά μέχρι τότε είχα χτίσει αρκετή αυτοπεποίθηση που δεν είχε σημασία».

Επομένως, η Merminga πιστεύει ότι τα προγράμματα φυσικής μόνο για κορίτσια θα μπορούσαν να βοηθήσουν τα κορίτσια να αισθάνονται πιο δυνατά να μελετήσουν το θέμα. Αλλά λέει ότι χρειαζόμαστε μια πολυεπίπεδη λύση που θα αντιμετωπίζει επίσης τα πρακτικά ζητήματα που αντιμετωπίζουν οι άνθρωποι σε όλη τη σταδιοδρομία τους. Η Fermilab, για παράδειγμα, διαθέτει επιτόπου ημερήσια φροντίδα που επιτρέπει στους γονείς να εστιάζουν στις δουλειές τους πιο εύκολα.

Ένας άλλος σημαντικός παράγοντας είναι φυσικά η αύξηση της προβολής των γυναικών στο θέμα. Η Merminga σημειώνει ότι αυτό ήταν χρήσιμο για εκείνη, αφού εμπνεύστηκε από τη δασκάλα της φυσικής όταν ήταν στο σχολείο, και στη συνέχεια από την Helen Edwards, την κύρια φυσικό στην κατασκευή του Tevatron. «Το να βλέπεις κάποιον σε δράση είναι πολύ δυνατό», λέει.

Ευτυχώς, αυτό έχει βελτιωθεί περαιτέρω τα τελευταία χρόνια. Από το 2016, ο πειραματικός σωματιδιακός φυσικός Φαμπιόλα Τζιανότι υπήρξε γενική διευθύντρια του CERN, επίσης η πρώτη γυναίκα που κατέλαβε αυτή τη θέση. Με τη Merminga να αναλαμβάνει το τιμόνι της Fermilab, δύο από τις υψηλότερες θέσεις εργασίας στη φυσική καταλαμβάνονται πλέον από γυναίκες. Έτσι, παρόλο που υπάρχει ακόμη δουλειά που πρέπει να γίνει, αυτό φαίνεται σαν ένα σημαντικό ορόσημο.

Διαμορφώνοντας το μέλλον

Αν και η Merminga έχει ηγηθεί μεγάλων έργων και προγραμμάτων στο παρελθόν, η διεύθυνση ενός τόσο μεγάλου ινστιτούτου όπως το Fermilab είναι μια νέα πρόκληση για αυτήν, καθώς η μεγαλύτερη κλίμακα σημαίνει πρόσθετη πολυπλοκότητα. Πιστεύει όμως ότι οι θεμελιώδεις αρχές της ηγεσίας και της διαχείρισης μιας μεγάλης επιστημονικής οντότητας παραμένουν οι ίδιες.

«Είναι σημαντικό να έχουμε ένα σαφές όραμα», λέει, «και να μπορούμε να το διατυπώσουμε σε κάθε εργαζόμενο. να έχουμε ένα σχέδιο για να πραγματοποιήσουμε αυτό το όραμα. και να θεωρήσω εμένα και όλους τους άλλους υπεύθυνους για να το φέρω εις πέρας».

Ποιο είναι λοιπόν το όραμα της Merminga για το Fermilab; Αυτό είναι κάτι που εξακολουθεί να διατυπώνει, έχοντας μόλις αναλάβει, και θέλει να εξετάσει πολλές προοπτικές. Μία από τις πρώτες ενέργειες που έκανε τον Απρίλιο ήταν να ξεκινήσει μια «περιοδεία ακρόασης», για να ακούσει από τους υπαλλήλους του εργαστηρίου και την κοινότητα χρηστών της Fermilab. Ενώ οι λεπτομέρειες είναι ακόμη στα σκαριά, περιγράφει τις μεγάλες πινελιές της φιλοδοξίας της για τη Fermilab να «ηγηθεί του κόσμου στην σωματιδιακή φυσική και την επιστήμη, την τεχνολογία και την καινοτομία των επιταχυντών, που υποστηρίζεται από ένα ποικιλόμορφο και παγκόσμιας κλάσης εργατικό δυναμικό. από άριστες και ισχυρές λειτουργίες και επιχειρηματικά συστήματα· με μια βιώσιμη στρατηγική πανεπιστημιούπολης ενσωματωμένη στην αποστολή μας. και με τη διαρκή και τη διευκόλυνση εταιρικών σχέσεων, περιφερειακών, εθνικών και διεθνών».

Αναλογιζόμενος την καριέρα της, λέει ότι έχει πολλά συναισθήματα για να γίνει διευθύντρια του ινστιτούτου όπου ξεκίνησε για πρώτη φορά στην επιστήμη του επιταχυντή. «Θα το συνοψίσω σε δύο λέξεις: βαθιά ευγνωμοσύνη», λέει. «Είχα πολύ το προνόμιο να βρίσκομαι εδώ ως πτυχιούχος, κάνοντας πειράματα με μερικούς από τους καλύτερους φυσικούς του κόσμου και με τον πιο προηγμένο επιταχυντή που υπήρχε εκείνη την εποχή. Πόσο τυχερός μπορεί να είναι κανείς; Στο μυαλό μου έρχεται το ποίημα «Ιθάκη» του Έλληνα ποιητή Κωνσταντίνου Καβάφη. Γράφει «Η Ιθάκη σου έδωσε το θαυμάσιο ταξίδι». Ίσως αυτό να εμπνέει μια πιο προσωπική πλευρά της αποστολής της ως διευθύντριας, καθώς τονίζει ότι τώρα θέλει να δώσει και σε άλλους νέους επιστήμονες παρόμοιες ευκαιρίες. Και εκτός από το να το πληρώνει, θέλει να τιμήσει την κληρονομιά των προηγούμενων γενεών φυσικών και των πρώην διευθυντών της Fermilab.

Νιώθω ευθύνη και ευγνωμοσύνη, και πολλή αισιοδοξία ότι μπορούμε να συνεχίσουμε αυτή την πορεία

Λία Μέρμινγκα

Κοιτάζοντας πίσω, φαίνεται παράξενο που ένας από αυτούς τους πρώην σκηνοθέτες, ο Leon Lederman, βρίσκεται στο βάθος της φωτογραφίας που απεικονίζει τον θείο της Merminga. «Στεκόμαστε στους ώμους γιγάντων», λέει. «Αισθάνομαι αυτή τη μεγάλη ευθύνη να συνεχίσω την παράδοση του Fermilab να είναι αυτό το σπουδαίο ίδρυμα που αναγνωρίζεται σε όλο τον κόσμο για την καινοτομία και τις πρωτοποριακές ανακαλύψεις. Νιώθω ευθύνη και ευγνωμοσύνη και πολλή αισιοδοξία ότι μπορούμε να συνεχίσουμε αυτή την πορεία».