Lia Merminga sai just USA-s Fermi riikliku kiirendilabori seitsmendaks direktoriks. Ta räägib Laura Hiscottiga kiirenditeadusest, osakeste füüsika tulevikust ja sellest, et ta on esimene naine, kes juhtis seda ikoonilist ja mõjukat uurimiskeskust.
Lia Merminga on just võtnud endale teadusmaailmas olulise mantli. Aprillis tunnustas kiirendifüüsik asus direktorina ametisse Euroopa Fermi riiklik kiirendi laboratoorium (Fermilab) – üks ikoonilisemaid osakeste füüsika uurimiskeskusi maailmas. Sellele tippkohale jõudmine on tohutu saavutus ja Merminga mõtiskleb tee üle, mis viis ta selle instituudi juhiks, kust sai alguse tema teekond kiirendifüüsikas.
Merminga kasvas üles kodumaal Kreekas, kus ta sündis 1960. aastal, ja tal oli lapsepõlves soov teadusega tegeleda. Tõepoolest, üks tema varasemaid inspiratsiooniallikaid oli kuulda, kuidas ta perekond rääkis lugusid oma onust George Dousmanisest, kellel oli alates aastast füüsika doktorikraad. Columbia University. "Ta oli mu perekonnas legendaarne," meenutab ta. "Mul on põnev foto temast kui [Nobeli preemia võitnud füüsikute] magistrandist] Leon Lederman ja Tsung-Dao Lee taustal." Merminga huvi teaduse vastu suurendas veelgi tema elulugu Marie Curie, mida ta luges 13-aastaselt, ja suurepärane naisfüüsikaõpetaja, kes oli keskkoolis. "Tundsin, et see on elamist väärt elu," ütleb ta, "pühendades end teadusele sellise ainulaadse eesmärgiga, edendades teadmisi ja avaldades ühiskonnale tohutut mõju."
Pärast kooli lõpetamist asus Merminga õppima füüsikat Ateena ülikool. Kolmandal kursusel oli tema lõputöö juhendaja teoreetilise osakestefüüsika professor ja Merminga otsustas, et see on see teadusharu, kuhu ta tahab minna. "See ei lähe sellest sügavamaks," selgitab ta, "ainult aine kõige põhilisemate koostisosade ja vastastikmõjude mõistmine."
Ta seadis sihiks kraadiõppe ülikoolis Michigani ülikool Ann Arbor, USA, eesmärgiga uurida teoreetilist osakeste füüsikat. Merminga taotlus oli edukas ja 1983. aastal kolis ta üle maailma, et järgida oma akadeemilisi unistusi.
Merminga osales valitud erialal kursustel ja tegi mõningaid uurimisprojekte. Kuid lõpuks avastas ta, et teoreetiline osakeste füüsika ei olnud nii rõõmustav, kui ta oli ette kujutanud, kuna teooria väljatöötamise ja katsetamise vahel kulus pikk aeg. Pärast Fermilabi kiirenditeaduse magistrantide programmi tundmaõppimist külastas ta esimest korda uurimisinstituuti. See osutus tema karjääris pöördeliseks hetkeks.
Teaduse kiirendamine
Osakeste kiirendid edastavad laetud osakeste kiiri – prootonitest ja elektronidest ioonideni – väga suurel kiirusel, mis on lähedasel valguse kiirusele. Kiirenditeadus keskendub nende tohutute masinate projekteerimisele, käitamisele ja optimeerimisele, et võimaldada osakeste füüsikat ja paljusid teisi teadusvaldkondi. Teadlased töötavad pidevalt selle nimel, et parandada meie võimet kiiri juhtida ja suunata, selle asemel, et vaadata lihtsalt kokkupõrgete tulemusi.
"Nende katsete ajakava on palju lühem kui osakeste füüsikas, " selgitab Merminga. "See köitis mind. Ma saaksin teooriaid välja töötada ja neid katsetada ning saada kiiremaid tulemusi. Nii liitus ta Fermilabi doktoriprogrammiga, töötades selle kallal Tevatron – tol ajal maailma suurima energiatarbega põrkur.
Kokkupõrgete optimeerimiseks on oluline osata ennustada ja juhtida põrketunnelis olevate osakeste kiirt, eriti väheuuritud mittelineaarsete efektide korral. Oma doktoritöö jaoks kasutas Merminga Tevatroni teoreetilisi formalisme ja eksperimentaalseid andmeid, et uurida, kuidas kiirte dünaamika reageeris selle juhtimiseks ja fokuseerimiseks kasutatavale magnetsüsteemile, eriti kui mittelineaarsus sai jõudlust peamiseks piiravaks teguriks. Tema töö andis teada ülijuhtiva superpõrgeti kujundusest, mida sel ajal kavandati.
Pärast doktorikraadi omandamist – olles tol ajal alles teine üliõpilane, kes selle konkreetse programmi lõpetas – läks Merminga ülikooli Stanfordi lineaarkiirendi keskus (SLAC). Sellest ajast peale on ta teinud karjääri, saades eksperdiks mitmes kiirenditeaduse valdkonnas. Tõepoolest, tal on olnud mitu juhtivat rolli, sealhulgas kiirendi osakonna juhataja TRIUMF, Kanada osakeste kiirendi keskus.
Projekti prioriteedid
Samal ajal kui Merminga oma karjääris edenes, muutus ka Fermilab. 2011. aastal, pärast peaaegu 30 aastat kestnud prootonite ja antiprootonite kokkupõrget, Tevatron suleti. See tähistas olulist nihet labori fookuses eemale suure energiatarbega katsetest. Osa selle muudatuse põhjustest tulenes osakeste füüsika rahvusvahelisest olemusest – kuna ükski riik ei suuda kõiki katseid teha, on mõistlik, et suured uurimisasutused uurivad erinevaid valdkondi.
Autor 2011 CERN'S Large Hadron Collider oli üles ja töötas kõrgemate energiatega kui Tevatron; seega nägi Fermilab võimalust hoopis kõrge intensiivsusega katsetes juhtpositsioonile asuda. Viimased on eriti olulised neutriinode uurimisel; nendel väikestel osakestel on äärmiselt madal interaktsioonimäär, nii et selliste sündmuste jälgimiseks on oluline neid tekitada tohututes kogustes.
2015. aastal alustas Fermilab uute katsete toetamiseks selle ehitamist Prootonite täiustamise plaan-II (PIP-II) ja Merminga naasis tema juurde alma mater projekti juhtima. PIP-II on 215 m pikkune lineaarne kiirendi, mis toimib Fermilabi uue kiirendikompleksi südamena ja aitab kaasa mitmetele uutele katsetele. Üks PIP-II põhieesmärke on luua maailma kõige intensiivsem neutriinokiir, suunates selle intensiivse prootonkiire grafiidist sihtmärki. Need neutriinod saadetakse nende kahe kaudu Sügav maa-alune neutriino eksperiment (DUNE) detektorid, mis on praegu ehitamisel – üks Fermilabis ja teine 1300 km kaugusel Lõuna-Dakotas.
Põhjus, miks nad asuvad nii kaugel, on see, et neutriinodel on kolm "maitset" - elektron, müüon ja tau - ning neil on kummaline käitumine nende tüüpide vahel liikumisel "võnkuda". Suur vahemaa kahe detektori vahel suurendab nende tundlikkust nende võnkumiste suhtes, millel võib olla sügav mõju kogu universumile. Füüsikud arvavad, et neutriinode ja antineutriinode võnkumise viis nende maitsete vahel võib olla erinev, mis viitab aine-antiaine sümmeetria (C-P rikkumine) ja füüsika rikkumisele väljaspool standardmudelit. Selline erinevus võib isegi olla võti, miks universumis on rohkem ainet kui antiainet – see on meie enda olemasolu ülioluline tingimus.
Mulle meeldiks, kui DUNE jõuaks võimalikult kiiresti lõpliku vastuseni neutriinovõnkumiste ja C–P rikkumise kohta, sest see on seotud mateeria-antiaine asümmeetriaga ja miks me üldse siin oleme
Lia Merminga
Seega loodab Merminga, et PIP-II toitega neutriinouuringud valgustavad seda suurt küsimust. "Mulle meeldiks, kui DUNE jõuaks võimalikult kiiresti lõpliku vastuseni neutriinovõnkumiste ja C-P rikkumise kohta," ütleb ta, "sest see on seotud mateeria-antiaine asümmeetriaga ja sellega, miks me üldse siin oleme."
Mermingat erutab ka sellega seotud tehnoloogia, nagu ülijuhtiv raadiosageduslik (SRF) tehnoloogia – milles Fermilab on maailmas liider – ja ta soovib näha, kui kaugele suudab instituut oma piire ületada. SRF parandab kiirendi jõudlust, vältides energiakadu, mis tavaliselt tekib kiirendi seinte voolutakistusest. PIP-II struktuurid tehakse ülijuhtivast nioobiumist ja jahutatakse temperatuurini 2 K, et seda omadust ära kasutada.
Nüüd, kui ta on Fermilabi kui terviku direktor, mitte konkreetselt PIP-II direktor, ei ole Merminga sellega nii tihedalt seotud kui varem, kuid ta kavatseb selle edenemisega sammu pidada ja jääb projektist kirglikuks. . "Kui see on valmis, kasutavad seda veel 50 aastat minu järel tulevad põlvkonnad," ütleb ta. "On võimas panustada millegi püsiva väärtusega."
Rajaleidja
Kuigi teaduslikud teadmised on edenenud, on arenenud ka seda ümbritsev maailm. Võib-olla on nende muutuste tunnistuseks tõsiasi, et Fermilabi juhib esimest korda naine. Merminga isiklikult ei tunne, et tema sugu oleks karjääris takistuseks olnud ning ta rõhutab tehnikaoskuse jõudu.
"Kui ma olen ruumis ainus naine," selgitab ta, "kui ma annan õigeid vastuseid või saan õigeid teadmisi, ei mõtle nad minust kui naisest ja keskenduvad sellele, mida ma annan. Nii olen sellega oma karjääri jooksul hakkama saanud. Ole oma tegemistes väga hea ja nad peavad sind varem või hiljem kuulama. Sellegipoolest usub ta, et naiste alaesindatus füüsikas peab muutuma, lisades, et meeskonnad on palju mõjuvamad ja tõhusamad, kui neil on rohkem erinevaid vaatenurki.
Merminga omistab suure osa oma enesekindlusest sellele, et ta on käinud ainult tüdrukute koolis, märkides, et poisid võivad mõnikord olla enesekindlamad. "Kuni 18-aastaseks saamiseni olin keskkonnas, mis oli veidi kaitstud," ütleb ta. "See aitas mul endasse usku luua. Kui ma ülikooli läksin, olid vaid 10% üliõpilastest naised, kuid olin selleks ajaks juba piisavalt enesekindlust üles ehitanud, et see ei loe.”
Seetõttu usub Merminga, et ainult tüdrukutele mõeldud füüsikaprogrammid võiksid aidata tüdrukutel tunda end selle teema õppimiseks rohkem volitatud. Kuid ta ütleb, et vajame mitmekülgset lahendust, mis käsitleks ka praktilisi probleeme, millega inimesed kogu oma karjääri jooksul kokku puutuvad. Näiteks Fermilabil on kohapealne päevahoid, mis võimaldab vanematel hõlpsamini oma tööle keskenduda.
Teine oluline tegur on loomulikult naiste nähtavuse suurendamine antud teemas. Merminga märgib, et sellest oli talle abi, kuna ta sai inspiratsiooni tema naisfüüsikaõpetajalt, kui ta koolis käis, ja hiljem Helen Edwardsilt, Tevatroni ehituse juhtivfüüsikult. "Keegi tegutsemas nägemine on väga võimas," ütleb ta.
Õnneks on see viimastel aastatel veelgi paranenud. Alates 2016. aastast eksperimentaalne osakeste füüsik Fabiola Gianotti on olnud CERNi peadirektor, ühtlasi esimene naine sellel ametikohal. Kui Merminga asus Fermilabi tüüri juhtima, on kaks füüsika kõrgeima profiiliga ametit nüüd hõivatud naiste poolt. Ehkki tööd on veel teha, tundub see olulise verstapostina.
Tuleviku sõnastamine
Kuigi Merminga on varemgi juhtinud suuri projekte ja programme, on sellise suure instituudi nagu Fermilab juhtimine tema jaoks uus väljakutse, kuna suurem mastaap tähendab täiendavat keerukust. Kuid ta usub, et suure teadusüksuse juhtimise ja juhtimise aluspõhimõtted jäävad samaks.
„Oluline on omada selget visiooni,“ ütleb ta, „ja suutma seda igale töötajale sõnastada. omada plaani selle visiooni elluviimiseks; ja pidada ennast ja kõiki teisi selle täitmise eest vastutavaks.
Ettevalmistused LHC-järgseks tulevikuks
Milline on Merminga nägemus Fermilabist? See on midagi, mida ta alles sõnastab, olles alles äsja üle võtnud, ja ta soovib kaaluda paljusid vaatenurki. Üks esimesi tegevusi, mida ta aprillis tegi, oli „kuulamistuuri” alustamine, et kuulda laboritöötajaid ja Fermilabi kasutajate kogukonda. Kuigi üksikasjad on veel väljatöötamisel, kirjeldab ta, et Fermilabi ambitsioonid on laiaulatuslikud, et see "juhtida maailma osakeste füüsika ja kiirendite teaduse, tehnoloogia ja innovatsiooni vallas, mida toetab mitmekesine ja maailmatasemel tööjõud; suurepäraste ja töökindlate operatsioonide ja ärisüsteemide kaudu; jätkusuutliku ülikoolilinnaku strateegiaga, mis on integreeritud meie missiooniga; ning kestvad ja võimaldavad partnerlussuhted, nii piirkondlikud, riiklikud kui ka rahvusvahelised.
Oma karjäärile mõeldes ütleb ta, et tal on palju tundeid seoses selle instituudi direktoriks saamisega, kus ta esimest korda kiirenditeadusega alustas. "Ma võtan selle kokku kahe sõnaga: sügav tänu," ütleb ta. „Mul oli suur privileeg olla siin magistrandina, tehes eksperimente maailma parimate füüsikute ja tollal kõige arenenuma põrkega. Kui õnnelik võib olla? Meenub kreeka poeedi Constantine Cavafy luuletus "Ithaka". Ta kirjutab "Ithaca andis teile imelise teekonna." Võib-olla inspireerib see tema kui direktori missiooni isiklikumat külge, kuna ta rõhutab, et soovib nüüd teistele noortele teadlastele sarnaseid võimalusi pakkuda. Lisaks sellele soovib ta austada eelmiste põlvkondade füüsikute ja Fermilabi endiste juhtide pärandit.
Tunnen vastutust ja tänutunnet ning palju optimismi, et saame seda trajektoori jätkata
Lia Merminga
Tagantjärele vaadates tundub vapustav, et Merminga onu kujutava foto taustal on üks neist endistest direktoritest Leon Lederman. "Me seisame hiiglaste õlgadel," ütleb ta. „Tunnen suurt vastutust jätkata Fermilabi traditsiooni, et olla see suurepärane institutsioon, mida kogu maailmas tunnustatakse uuenduste ja läbimurdeliste avastuste eest. Tunnen vastutust ja tänutunnet ning palju optimismi, et saame seda trajektoori jätkata.
