Lia Merminga: dirigiendo el futuro del Fermilab

Lia Merminga acaba de asumir un papel importante en el mundo científico. En abril, el renombrado físico de aceleradores asumió como director de las Laboratorio del Acelerador Nacional Fermi (Fermilab): uno de los centros de investigación de física de partículas más emblemáticos del mundo. Alcanzar ese puesto tan alto es un logro monumental, y Merminga reflexiona sobre el camino que la llevó a convertirse en directora del instituto donde comenzó su viaje en la física de aceleradores.

Al crecer en su país natal, Grecia, donde nació en 1960, Merminga tuvo la determinación desde niño de dedicarse a la ciencia. De hecho, una de sus primeras inspiraciones fue escuchar a su familia contar historias sobre su tío, George Dousmanis, que tenía un doctorado en física de la Columbia Uiversity. "Era legendario en mi familia", recuerda. “Tengo una foto fascinante de él como estudiante de posgrado con [físicos ganadores del premio Nobel] Leon lederman y Tsung Dao Lee en el fondo." El interés de Merminga por la ciencia se vio impulsado aún más por una biografía de Marie Curie, que leyó a los 13 años, y una excelente profesora de física que tuvo en la escuela secundaria. “Sentí que valía la pena vivir esta vida”, dice, “dedicarse a la ciencia con un propósito tan singular, hacer avanzar el conocimiento y tener un enorme impacto en la sociedad”.

Después de terminar la escuela, Merminga pasó a estudiar física en la Universidad de atenas. En su tercer año, su supervisor de tesis era profesor de física teórica de partículas, y Merminga decidió que esa era la rama de la ciencia en la que quería dedicarse. "No hay nada más profundo que eso", explica, "simplemente comprender los componentes y las interacciones más fundamentales de la materia".

Puso su mirada en estudios de posgrado en la Universidad de Michigan, Ann Arbor, EE. UU., con la intención de estudiar física teórica de partículas. La solicitud de Merminga tuvo éxito y en 1983 se mudó por todo el mundo para seguir sus sueños académicos.

Merminga tomó cursos y realizó algunos proyectos de investigación en la disciplina que eligió. Pero finalmente descubrió que la física teórica de partículas no era tan gratificante como había imaginado, debido a los largos plazos entre el desarrollo de una teoría y su capacidad para probarla experimentalmente. Después de conocer un programa de estudiantes de posgrado en ciencias de aceleradores en Fermilab, visitó el instituto de investigación por primera vez. Este resultó ser un momento crucial en su carrera.

Acelerando la ciencia

Los aceleradores de partículas impulsan haces de partículas cargadas (desde protones y electrones hasta iones) a velocidades muy altas, cercanas a la de la luz. La ciencia de los aceleradores se centra en diseñar, operar y optimizar estas enormes máquinas para permitir la física de partículas y muchos otros campos científicos. Los investigadores trabajan constantemente para mejorar nuestra capacidad de controlar y dirigir haces, en lugar de simplemente observar el resultado de las colisiones.

"Los plazos para estos experimentos son mucho más cortos que en la física de partículas", explica Merminga. “Eso me atrajo. Podría desarrollar teorías, probarlas y obtener resultados más inmediatos”. Entonces se unió al programa de doctorado en Fermilab, trabajando en el Tevatrón – el colisionador de mayor energía del mundo en ese momento.

Para optimizar las colisiones, es importante poder predecir y controlar el haz de partículas en el túnel del colisionador, especialmente en presencia de efectos no lineales no bien estudiados. Para su proyecto de doctorado, Merminga utilizó formalismos teóricos y datos experimentales del Tevatron para estudiar cómo reaccionaba la dinámica del haz al sistema magnético utilizado para dirigirlo y enfocarlo, especialmente cuando la no linealidad se convirtió en un factor limitante clave para el rendimiento. Su trabajo influyó en el diseño del Supercolisionador superconductor, que se estaba planificando en ese momento.

Después de completar su doctorado (convirtiéndose en la segunda estudiante en graduarse de ese programa específico en ese momento), Merminga comenzó a trabajar en el Centro Acelerador Lineal de Stanford (SLAC). Desde entonces, ha dedicado su carrera a convertirse en una experta en múltiples áreas de la ciencia de los aceleradores. De hecho, ha ocupado varios puestos de liderazgo, incluido el de jefa de la división de aceleradores en Triunfo, el centro de aceleración de partículas de Canadá.

Prioridades del proyecto

Mientras Merminga avanzaba en su carrera, Fermilab también iba cambiando. En 2011, después de casi 30 años de colisión de protones y antiprotones, el Tevatron fue apagado. Esto marcó un cambio significativo en el enfoque del laboratorio, alejándose de los experimentos de alta energía. Parte de la razón detrás de este cambio provino de la naturaleza internacional de la física de partículas: dado que ningún país tiene la capacidad de realizar todos los experimentos, tiene sentido que las grandes instalaciones de investigación investiguen diferentes áreas.

Por 2011, CERN, Gran Colisionador de Hadrones estaba funcionando a energías más altas que el Tevatron; entonces Fermilab vio la oportunidad de tomar la iniciativa en experimentos de alta intensidad. Estos últimos son particularmente importantes para estudiar neutrinos; Estas diminutas partículas tienen tasas de interacción extremadamente bajas, por lo que para observar tales eventos es esencial generar grandes cantidades de ellas.

En 2015, para respaldar nuevos experimentos, Fermilab comenzó a construir el Plan de mejora de protones-II (PIP-II), y Merminga regresó a ella alma mater para liderar el proyecto. PIP-II es un acelerador lineal de 215 m de largo que servirá como corazón del nuevo complejo de aceleradores de Fermilab y contribuirá a múltiples experimentos nuevos. Uno de los principales objetivos de PIP-II es crear el haz de neutrinos más intenso del mundo, lanzando su intenso haz de protones hacia un objetivo de grafito. Estos neutrinos serán enviados a través de los dos Experimento de neutrinos subterráneos profundos (DUNE), que actualmente están en construcción, uno en Fermilab y el otro a 1300 km de distancia, en Dakota del Sur.

La razón de estar ubicados tan lejos es que los neutrinos vienen en tres “sabores” (electrón, muón y tau) y exhiben el extraño comportamiento de “oscilar” entre estos tipos a medida que viajan. La gran distancia entre los dos detectores aumenta su sensibilidad a estas oscilaciones, y este comportamiento puede tener profundas implicaciones para todo el universo. Los físicos creen que podría haber una diferencia en la forma en que los neutrinos y antineutrinos oscilan entre sus sabores, lo que indicaría una violación de la simetría materia-antimateria (violación C-P) y de una física más allá del modelo estándar. Semejante diferencia podría incluso ser la clave de por qué hay más materia que antimateria en el universo, una condición crucial para nuestra propia existencia.

Me encantaría ver que DUNE alcance la respuesta definitiva a las oscilaciones de neutrinos y la violación C-P lo más rápido posible porque está relacionado con la asimetría materia-antimateria, y por qué estamos aquí.

Lia Merminga

Por eso Merminga espera que los estudios de neutrinos impulsados ​​por PIP-II arrojen luz sobre esta gran pregunta. "Me encantaría ver que DUNE alcance la respuesta definitiva a las oscilaciones de neutrinos y la violación C-P lo más rápido posible", dice, "porque está relacionado con la asimetría materia-antimateria, y por qué estamos aquí".

Merminga también está entusiasmada con la tecnología asociada, como la tecnología de radiofrecuencia superconductora (SRF), en la que Fermilab es líder mundial, y está interesada en ver hasta dónde el instituto puede superar los límites en ese ámbito. SRF mejora el rendimiento del acelerador al evitar la pérdida de energía que normalmente ocurre debido a la resistencia a las corrientes en las paredes del acelerador. Las estructuras de PIP-II estarán hechas de niobio superconductor y se enfriarán a 2 K para aprovechar esta propiedad.

Ahora que es directora del Fermilab en su conjunto, en lugar de PIP-II específicamente, Merminga no estará tan involucrada en él como antes, pero tiene la intención de mantenerse al día con su progreso y sigue apasionada por el proyecto. . "Cuando esté terminado, las generaciones que vendrán después lo utilizarán durante otros 50 años", afirma. "Es poderoso contribuir a algo de valor duradero".

Trailblazer

Si bien el conocimiento científico ha ido progresando, también lo ha hecho el mundo que lo rodea. Quizás el hecho de que Fermilab esté dirigido por una mujer por primera vez sea un testimonio de esos cambios. Personalmente, Merminga no siente que su género haya sido un obstáculo en su carrera y enfatiza el poder del dominio técnico.

“Cuando soy la única mujer en una habitación”, explica, “si doy las respuestas correctas o tengo las ideas correctas, dejarán de pensar en mí como una mujer y se centrarán en lo que aporto. Así es como he lidiado con esto en mi carrera. Sé muy bueno en lo que haces y tarde o temprano tendrán que escucharte”. Sin embargo, cree que es necesario cambiar la subrepresentación de las mujeres en la física, y añade que los equipos tienen mucho más impacto y eficacia cuando tienen perspectivas más diversas a las que recurrir.

Merminga atribuye gran parte de su confianza a haber asistido a una escuela exclusivamente para niñas, y señala que los niños a veces pueden ser más asertivos. “Hasta los 18 años estuve en un ambiente un poco protegido”, dice. “Eso me ayudó a ganar confianza en mí mismo. Cuando fui a la universidad, sólo el 10% de los estudiantes eran mujeres, pero para entonces ya tenía suficiente confianza como para que no importara”.

Por lo tanto, Merminga cree que los programas de física exclusivos para niñas podrían ayudarlas a sentirse más capacitadas para estudiar la materia. Pero ella dice que necesitamos una solución múltiple que también aborde los problemas prácticos que enfrentan las personas a lo largo de sus carreras. Fermilab, por ejemplo, cuenta con una guardería que permite a los padres concentrarse más fácilmente en su trabajo.

Otro factor importante es, por supuesto, el aumento de la visibilidad de las mujeres en este tema. Merminga señala que esto fue útil para ella, ya que se inspiró en su profesora de física cuando estaba en la escuela, y luego en Helen Edwards, la física principal en la construcción del Tevatron. "Ver a alguien en acción es muy poderoso", dice.

Afortunadamente, esto ha mejorado aún más en los últimos años. Desde 2016, el físico experimental de partículas fabiola gianotti Ha sido directora general del CERN, siendo además la primera mujer en ocupar ese cargo. Con Merminga tomando el mando del Fermilab, dos de los puestos de trabajo de más alto perfil en física ahora están ocupados por mujeres. Entonces, aunque todavía queda trabajo por hacer, esto parece un hito importante.

Formulando el futuro

Aunque Merminga ha dirigido importantes proyectos y programas anteriormente, dirigir un instituto tan grande como Fermilab es un nuevo desafío para ella, ya que una escala mayor significa mayor complejidad. Pero ella cree que los principios fundamentales del liderazgo y la gestión de una gran entidad científica siguen siendo los mismos.

“Es importante tener una visión clara”, afirma, “y poder comunicarla a cada empleado; tener un plan para hacer realidad esa visión; y responsabilizarme a mí y a todos los demás para cumplirlo”.

Entonces, ¿cuál es la visión de Merminga para Fermilab? Esto es algo que todavía está formulando, ya que acaba de asumir el cargo y está dispuesta a considerar muchas perspectivas. Una de las primeras acciones que tomó en abril fue embarcarse en una “gira de escucha”, para escuchar a los empleados del laboratorio y a la comunidad de usuarios de Fermilab. Si bien los detalles aún están en proceso, ella describe a grandes rasgos su ambición para Fermilab: “liderar el mundo en física de partículas y ciencia, tecnología e innovación de aceleradores, respaldado por una fuerza laboral diversa y de clase mundial; por operaciones y sistemas comerciales excelentes y robustos; por una estrategia de campus sostenible integrada con nuestra misión; y mediante asociaciones duraderas y propicias, regionales, nacionales e internacionales”.

Al reflexionar sobre su carrera, dice que tiene muchos sentimientos acerca de convertirse en directora del instituto donde comenzó en la ciencia de los aceleradores. “Lo resumiré en dos palabras: profunda gratitud”, dice. “Tuve el privilegio de estar aquí como estudiante de posgrado, haciendo experimentos con algunos de los mejores físicos del mundo y con el colisionador más avanzado que existía en ese momento. ¿Qué suerte se puede tener? Me viene a la mente el poema 'Ítaca' del poeta griego Constantino Cavafis. Escribe 'Ítaca te dio un viaje maravilloso'”. Quizás esto inspire un lado más personal de su misión como directora, ya que enfatiza que ahora quiere brindar a otros jóvenes científicos oportunidades similares. Y además de retribuir, quiere honrar el legado de las generaciones anteriores de físicos y de los antiguos directores del Fermilab.

Siento responsabilidad y gratitud, y mucho optimismo de que podamos continuar esta trayectoria.

Lia Merminga

Mirando hacia atrás, parece fortuito que uno de esos ex directores, Leon Lederman, esté al fondo de la foto que muestra al tío de Merminga. “Estamos sobre los hombros de gigantes”, afirma. “Siento esta gran responsabilidad de continuar la tradición de que Fermilab sea esta gran institución reconocida en todo el mundo por su innovación y descubrimientos revolucionarios. Siento responsabilidad y gratitud, y mucho optimismo de que podemos continuar esta trayectoria”.