لیا مرمینگا: کارگردانی آینده Fermilab

لیا مرمینگا به تازگی جبه بزرگی را در دنیای علمی به خود اختصاص داده است. در ماه آوریل، فیزیکدان مشهور شتاب دهنده کارگردانی را بر عهده گرفت از آزمایشگاه ملی شتاب دهنده فرمی (فرمیلب) - یکی از نمادین ترین مراکز تحقیقاتی فیزیک ذرات در جهان. رسیدن به آن شغل برتر یک دستاورد بزرگ است، و مرمینگا در مسیری که او را به سمت ریاست مؤسسه‌ای که سفرش در فیزیک شتاب‌دهنده برای اولین بار آغاز شد، فکر می‌کند.

مرمینگا که در کشور خود یونان، جایی که در سال 1960 به دنیا آمد، بزرگ شد، عزم کودکی برای دنبال کردن علم داشت. در واقع، یکی از اولین الهامات او شنیدن داستان هایی از خانواده اش درباره عمویش جورج دوسمانیس بود که دکترای فیزیک داشت. دانشگاه کلمبیا. او به یاد می آورد: «او در خانواده من افسانه ای بود. من یک عکس جذاب از او به عنوان دانشجوی کارشناسی ارشد با [فیزیکدانان برنده جایزه نوبل] دارم. لئون لدرمن و سونگ دائو لی در پس زمینه." علاقه مرمینگا به علم با شرح حال او بیشتر تقویت شد ماری کوری، که در 13 سالگی خواند و یک معلم فیزیک زن عالی که در دبیرستان داشت. او می‌گوید: «احساس می‌کردم که این زندگی ارزش زیستن دارد، وقف علم با چنین هدفی منحصربه‌فرد، پیشرفت دانش و تأثیر بسیار زیادی بر جامعه».

پس از اتمام مدرسه، مرمینگا به تحصیل در رشته فیزیک ادامه داد دانشگاه آتن. در سال سوم، استاد راهنمای پایان نامه او استاد فیزیک ذرات نظری بود و مرمینگا تصمیم گرفت که این شاخه ای از علم است که او می خواهد وارد آن شود. او توضیح می‌دهد: «عمیق‌تر از این نیست، فقط درک اساسی‌ترین اجزای تشکیل‌دهنده و فعل و انفعالات ماده».

او اهداف خود را به تحصیلات تکمیلی در دانشگاه معطوف کرد دانشگاه میشیگان آن آربر، ایالات متحده، با هدف مطالعه فیزیک ذرات نظری. درخواست مرمینگا موفقیت آمیز بود و در سال 1983 او در سراسر جهان نقل مکان کرد تا رویاهای آکادمیک خود را دنبال کند.

مرمینگا دوره هایی را گذراند و پروژه های تحقیقاتی را در رشته انتخابی خود انجام داد. اما او در نهایت دریافت که فیزیک ذرات نظری آنطور که او تصور می‌کرد خوشحال‌کننده نیست، به دلیل فاصله زمانی طولانی بین توسعه یک نظریه و توانایی آزمایش تجربی آن. او پس از آشنایی با یک برنامه دانشجویی فارغ التحصیل در رشته علوم شتاب دهنده در فرمیلاب، برای اولین بار از این موسسه تحقیقاتی بازدید کرد. این یک لحظه مهم در حرفه او بود.

تسریع علم

شتاب‌دهنده‌های ذرات پرتوهای ذرات باردار - از پروتون‌ها و الکترون‌ها به یون‌ها - را با سرعت‌های بسیار بالا، نزدیک به سرعت نور، به حرکت در می‌آورند. علم شتاب دهنده بر طراحی، بهره برداری و بهینه سازی این ماشین های عظیم برای فعال کردن فیزیک ذرات و بسیاری از زمینه های علمی دیگر تمرکز دارد. محققان به جای اینکه صرفاً به نتیجه برخوردها نگاه کنند، دائماً روی بهبود توانایی ما در کنترل و هدایت پرتوها کار می کنند.

مرمینگا توضیح می‌دهد: «مدت زمانی این آزمایش‌ها بسیار کوتاه‌تر از فیزیک ذرات است. "این برای من جذاب بود. می‌توانم تئوری‌هایی ایجاد کنم و آنها را آزمایش کنم و نتایج فوری‌تری بگیرم.» بنابراین او به برنامه دکترا در Fermilab پیوست و روی آن کار کرد تواترون - پرانرژی ترین برخورددهنده جهان در آن زمان.

برای بهینه‌سازی برخوردها، توانایی پیش‌بینی و کنترل پرتو ذرات در تونل برخورددهنده، به ویژه در حضور اثرات غیرخطی که به خوبی مطالعه نشده‌اند، مهم است. مرمینگا برای پروژه دکترای خود از فرمالیسم های نظری و داده های تجربی از Tevatron استفاده کرد تا چگونگی واکنش دینامیک پرتو به سیستم مغناطیسی مورد استفاده برای هدایت و تمرکز آن را بررسی کند، به ویژه در جایی که غیرخطی بودن به یک عامل محدود کننده کلیدی برای عملکرد تبدیل شد. کار او از طراحی Superconducting Super Collider خبر داد که در آن زمان در حال برنامه ریزی بود.

مرمینگا پس از اتمام دکترای خود - که در آن زمان تنها دومین دانشجویی بود که از آن برنامه خاص فارغ التحصیل شد - برای کار در دانشگاه رفت. مرکز شتاب دهنده خطی استانفورد (SLAC). از آن زمان، او حرفه ای را گذرانده است که در زمینه های مختلف علم شتاب دهنده به یک متخصص تبدیل شده است. در واقع، او چندین نقش رهبری داشته است، از جمله رئیس بخش شتاب دهنده در TRIUMF، مرکز شتاب دهنده ذرات کانادا.

اولویت های پروژه

در حالی که مرمینگا در حرفه خود پیشرفت می کرد، فرمیلاب نیز در حال تغییر بود. در سال 2011، پس از تقریبا 30 سال برخورد پروتون ها و پادپروتون ها، Tevatron خاموش شد. این تغییر قابل توجهی را در تمرکز آزمایشگاه به دور از آزمایش‌های انرژی بالا نشان داد. بخشی از منطق پشت این تغییر ناشی از ماهیت بین‌المللی فیزیک ذرات است - از آنجایی که هیچ کشوری ظرفیت انجام همه آزمایش‌ها را ندارد، منطقی است که تأسیسات تحقیقاتی بزرگ حوزه‌های مختلف را بررسی کنند.

توسط 2011، CERN" برخورد دهنده بزرگ هادرونی با انرژی های بالاتر از Tevatron آماده و کار می کرد. بنابراین Fermilab این فرصت را دید تا در آزمایش‌های با شدت بالا رهبری کند. مورد دوم به ویژه برای مطالعه نوترینوها مهم هستند. این ذرات ریز نرخ برهمکنش بسیار پایینی دارند، بنابراین برای مشاهده چنین رویدادهایی، تولید مقادیر زیادی از آنها ضروری است.

در سال 2015، برای حمایت از آزمایش‌های جدید، Fermilab شروع به ساخت آن کرد طرح بهبود پروتون-II (PIP-II)، و مرمینگا نزد او بازگشت آلما ماده برای هدایت پروژه PIP-II یک شتاب‌دهنده خطی به طول ۲۱۵ متر است که به عنوان قلب مجموعه شتاب‌دهنده جدید Fermilab عمل می‌کند و به چندین آزمایش جدید کمک می‌کند. یکی از اهداف اصلی PIP-II ایجاد شدیدترین پرتو نوترینوها در جهان با پرتاب پرتو پروتون شدید آن به یک هدف گرافیتی است. این نوترینوها از طریق این دو ارسال خواهند شد آزمایش نوترینوهای زیرزمینی عمیق آشکارسازهای (DUNE) که در حال حاضر در دست ساخت هستند – یکی در Fermilab و دیگری در 1300 کیلومتری داکوتای جنوبی.

دلیل قرار گرفتن در این فاصله دور این است که نوترینوها دارای سه «طعم» هستند - الکترون، میون و تاو - و رفتار عجیب «نوسان» بین این انواع را در حین حرکت از خود نشان می دهند. فاصله زیاد بین دو آشکارساز حساسیت آنها را نسبت به این نوسانات افزایش می دهد و این رفتار به طور بالقوه پیامدهای عمیقی برای کل جهان دارد. فیزیکدانان فکر می کنند ممکن است تفاوتی در نحوه نوسان نوترینوها و پادنوترینوها بین طعم آنها وجود داشته باشد که نشان دهنده نقض تقارن ماده - پادماده (نقض C-P) و فیزیک فراتر از مدل استاندارد است. چنین تفاوتی حتی ممکن است کلید این باشد که چرا ماده بیش از پادماده در جهان وجود دارد - یک شرط حیاتی برای وجود خود ما.

من دوست دارم ببینم DUNE در سریع ترین زمان ممکن به پاسخ قطعی به نوسانات نوترینو و نقض C-P می رسد زیرا به عدم تقارن ماده-ضد ماده مربوط می شود و چرا ما اصلاً اینجا هستیم

لیا مرمینگا

بنابراین مرمینگا امیدوار است که مطالعات نوترینویی که توسط PIP-II انجام شده است، این سوال بزرگ را روشن کند. او می‌گوید: «دوست دارم ببینم DUNE به پاسخ قطعی به نوسانات نوترینو و نقض C-P در سریع‌ترین زمان ممکن برسد، زیرا به عدم تقارن ماده-ضد ماده مربوط می‌شود و چرا ما اصلاً اینجا هستیم.»

مرمینگا همچنین از فناوری مرتبط، مانند فناوری فرکانس رادیویی ابررسانا (SRF) - که در آن Fermilab یک رهبر جهانی است - هیجان زده است و او مشتاق است ببیند موسسه تا چه حد می‌تواند محدودیت‌ها را کنار بگذارد. SRF عملکرد شتاب دهنده را با اجتناب از اتلاف انرژی که معمولاً از طریق مقاومت در برابر جریان در دیواره های شتاب دهنده رخ می دهد، بهبود می بخشد. ساختارهای PIP-II از نیوبیوم ابررسانا ساخته شده و تا 2 K خنک می شوند تا از این خاصیت استفاده کنند.

اکنون که او مدیر کل Fermilab است، نه به طور خاص PIP-II، مرمینگا مانند قبل از نزدیک درگیر آن نخواهد بود، اما او قصد دارد پیشرفت آن را دنبال کند و به این پروژه علاقه مند است. . او می‌گوید: «وقتی کار تمام شد، 50 سال دیگر توسط نسل‌های بعد از من استفاده خواهد شد.» "کمک کردن به چیزی با ارزش ماندگار قدرتمند است."

دنباله دار

در حالی که دانش علمی در حال پیشرفت است، جهان اطراف آن نیز پیشرفت کرده است. شاید این واقعیت که Fermilab برای اولین بار توسط یک زن هدایت می شود، گواهی بر این تغییرات باشد. مرمینگا شخصاً احساس نمی کند که جنسیت او مانعی در مسیر حرفه ای او بوده است و بر قدرت مهارت فنی تأکید می کند.

او توضیح می‌دهد: «وقتی من تنها زن در یک اتاق هستم، اگر پاسخ‌های درستی بدهم یا بینش درستی داشته باشم، دیگر به من به عنوان یک زن فکر نمی‌کنند و بر آنچه که من کمک می‌کنم تمرکز می‌کنند. من در حرفه ام با این موضوع برخورد کرده ام. در کاری که انجام می دهید بسیار خوب باشید و دیر یا زود باید به شما گوش دهند.» با این وجود، او معتقد است که بازنمایی کمتر از زنان در فیزیک باید تغییر کند، و اضافه می‌کند که تیم‌ها زمانی تأثیرگذارتر و مؤثرتر هستند که دیدگاه‌های متنوع‌تری برای استفاده از آنها داشته باشند.

مرمینگا بیشتر اعتماد به نفس خود را به حضور در یک مدرسه دخترانه نسبت می دهد و خاطرنشان می کند که پسران گاهی اوقات می توانند قاطع تر باشند. او می گوید: «تا 18 سالگی در محیطی بودم که کمی محافظت شده بود. "این به من کمک کرد تا به خودم اعتماد کنم. زمانی که من به دانشگاه رفتم، تنها 10 درصد از دانشجویان زن بودند، اما تا آن زمان به اندازه کافی اعتماد به نفس ایجاد کرده بودم که اهمیتی نداشت.»

بنابراین مرمینگا معتقد است که برنامه های فیزیک فقط برای دختران می تواند به دختران کمک کند تا برای مطالعه این موضوع احساس قدرت بیشتری کنند. اما او می‌گوید که ما به یک راه‌حل چند جانبه نیاز داریم که به مسائل عملی افراد در طول حرفه خود نیز بپردازد. به عنوان مثال، Fermilab دارای مهدکودک در محل است که به والدین این امکان را می دهد تا راحت تر روی شغل خود تمرکز کنند.

یکی دیگر از عوامل مهم البته افزایش دید زنان در موضوع است. مرمینگا خاطرنشان می کند که این برای او مفید بود، زیرا از معلم زن فیزیک خود در دوران مدرسه الهام گرفت و سپس توسط هلن ادواردز، فیزیکدان اصلی در ساخت Tevatron. او می‌گوید: «دیدن کسی در حال عمل بسیار قدرتمند است.

خوشبختانه در سال‌های اخیر این روند بهبود بیشتری یافته است. از سال 2016، فیزیکدان ذرات تجربی فابیولا جیانوتی مدیرکل سرن بوده است و همچنین اولین زنی است که این سمت را بر عهده داشته است. با در دست گرفتن سکان هدایت شرکت Fermilab، دو مورد از برجسته ترین مشاغل در فیزیک اکنون توسط زنان اشغال شده است. بنابراین اگرچه هنوز کار برای انجام دادن وجود دارد، اما به نظر می رسد که این یک نقطه عطف مهم است.

تدوین آینده

اگرچه مرمینگا پیش از این پروژه ها و برنامه های بزرگی را رهبری کرده است، مدیریت موسسه بزرگی مانند Fermilab چالش جدیدی برای او است، زیرا مقیاس بزرگتر به معنای پیچیدگی بیشتر است. اما او معتقد است که اصول اساسی رهبری و مدیریت یک نهاد علمی بزرگ ثابت باقی می ماند.

او می‌گوید: «داشتن چشم‌انداز روشن مهم است، و اینکه بتوانیم آن را به هر کارمندی بیان کنیم. داشتن برنامه ای برای تحقق آن چشم انداز؛ و خود و هر کس دیگری را برای انجام آن مسئول بدانم.»

پس چشم انداز Merminga برای Fermilab چیست؟ این چیزی است که او هنوز در حال فرمول بندی است، به تازگی آن را تصاحب کرده است، و او مشتاق است که دیدگاه های زیادی را در نظر بگیرد. یکی از اولین اقداماتی که او در ماه آوریل انجام داد، شروع یک "تور گوش دادن" بود تا از کارمندان آزمایشگاه و جامعه کاربران Fermilab بشنود. در حالی که جزئیات هنوز در دست کار است، او اهداف گسترده‌ای از جاه‌طلبی‌اش برای Fermilab را توصیف می‌کند که «جهان را در فیزیک ذرات و علم شتاب‌دهنده، فناوری و نوآوری رهبری کند، که زیربنای نیروی کار متنوع و در کلاس جهانی است. با عملیات عالی و قوی و سیستم های تجاری؛ با یک استراتژی پردیس پایدار که با ماموریت ما ادغام شده است. و با پایداری و ایجاد مشارکت‌های منطقه‌ای، ملی و بین‌المللی.»

او با تأمل در حرفه‌اش، می‌گوید که احساسات زیادی در مورد مدیر شدن مؤسسه‌ای دارد که برای اولین بار در علم شتاب‌دهنده شروع به کار کرد. او می گوید: «من آن را در دو کلمه خلاصه می کنم: سپاسگزاری عمیق. من بسیار مفتخر بودم که به عنوان یک دانش‌آموز در اینجا بودم و با برخی از بهترین فیزیکدانان جهان و با پیشرفته‌ترین برخورددهنده‌ای که در آن زمان وجود داشت، آزمایش می‌کردم. یک نفر چقدر می تواند خوش شانس باشد؟ شعر "Ithaca" از شاعر یونانی کنستانتین کاوافی به ذهن متبادر می شود. او می‌نویسد: «ایتاکا سفر شگفت‌انگیزی را به شما داد.» شاید این موضوع جنبه شخصی‌تری از مأموریت او به‌عنوان کارگردان را القا کند، زیرا او تأکید می‌کند که اکنون می‌خواهد فرصت‌های مشابهی را به دانشمندان جوان دیگر بدهد. و علاوه بر پرداخت آن، او می‌خواهد به میراث نسل‌های قبلی فیزیکدانان و مدیران سابق Fermilab احترام بگذارد.

احساس مسئولیت و سپاسگزاری و خوش بینی زیادی دارم که بتوانیم این مسیر را ادامه دهیم

لیا مرمینگا

با نگاهی به گذشته، عجیب به نظر می رسد که یکی از آن کارگردانان سابق، لئون لدرمن، در پس زمینه عکس عموی مرمینگا حضور داشته باشد. او می‌گوید: «ما روی شانه‌های غول‌ها ایستاده‌ایم. من این مسئولیت بزرگ را احساس می‌کنم که سنت Fermilab را به عنوان این مؤسسه بزرگ که در سرتاسر جهان برای نوآوری و اکتشافات موفق شناخته شده است، ادامه دهم. احساس مسئولیت و قدردانی و خوش بینی زیادی دارم که بتوانیم این مسیر را ادامه دهیم.»