Lia Merminga on juuri tullut seitsemäs johtaja Fermi National Accelerator Laboratoryssa Yhdysvalloissa. Hän puhuu Laura Hiscottille kiihdytintieteestä, hiukkasfysiikan tulevaisuudesta ja siitä, että hän on ensimmäinen nainen, joka johtaa tätä ikonista ja vaikutusvaltaista tutkimuskeskusta.
Lia Merminga on juuri ottanut suuren vaipan tieteellisessä maailmassa. Huhtikuussa kuuluisa kiihdytinfyysikko otti johtajaksi että Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) – yksi ikonisimmista hiukkasfysiikan tutkimuskeskuksista maailmassa. Huipputyön saavuttaminen on valtava saavutus, ja Merminga pohtii polkua, joka johti hänestä sen instituutin johtajaksi, josta hänen matkansa kiihdytinfysiikassa alkoi.
Varttuessaan kotimaassaan Kreikassa, jossa hän syntyi vuonna 1960, Merminga oli lapsuudessa päättänyt jatkaa tiedettä. Yksi hänen varhaisimmista inspiraatioistaan oli kuulla hänen perheensä kertovan tarinoita sedästään George Dousmanisista, jolla oli tohtorintutkinto fysiikasta Columbia University. "Hän oli legendaarinen perheessäni", hän muistelee. "Minulla on kiehtova kuva hänestä jatko-opiskelijana [Nobel-palkittujen fyysikkojen] kanssa] Leon Lederman ja Tsung-Dao Lee taustalla." Mermingan kiinnostusta tiedettä kohtaan vahvisti entisestään hänen elämäkerta Marie Curie, jonka hän luki 13-vuotiaana, ja erinomainen naisfysiikan opettaja, joka hänellä oli lukiossa. "Minusta tuntui, että tämä oli elämisen arvoinen elämä", hän sanoo, "kun omistautua tieteelle, jolla on ainutlaatuinen tarkoitus, edistää tietämystä ja jolla on valtava vaikutus yhteiskuntaan".
Koulun päätyttyä Merminga jatkoi opiskelemaan fysiikkaa Ateenan yliopisto. Kolmantena vuonna hänen opinnäytetyönsä ohjaaja oli teoreettisen hiukkasfysiikan professori, ja Merminga päätti, että tämä oli se tieteenala, jolle hän halusi mennä. "Se ei ole sen syvällisempää", hän selittää, "vain aineen perusaineosien ja vuorovaikutusten ymmärtäminen."
Hän asetti tavoitteensa jatko-opintoihin University of Michigan Ann Arbor, USA, tarkoituksenaan tutkia teoreettista hiukkasfysiikkaa. Mermingan hakemus menestyi, ja vuonna 1983 hän muutti ympäri maailmaa seuratakseen akateemisia unelmiaan.
Merminga kävi kursseja ja teki tutkimusprojekteja valitsemallaan tieteenalalla. Mutta lopulta hän huomasi, että teoreettinen hiukkasfysiikka ei ollut niin ilahduttavaa kuin hän oli kuvitellut, koska teorian kehittämisen ja sen kokeellisen testauksen välillä kului pitkä aika. Saatuaan tietää Fermilabin kiihdytintieteen jatko-opiskelijaohjelmasta hän vieraili tutkimuslaitoksessa ensimmäistä kertaa. Tämä osoittautui ratkaisevaksi hetkeksi hänen urallaan.
Kiihdyttävä tiede
Hiukkaskiihdyttimet kuljettavat varautuneiden hiukkasten säteitä – protoneista ja elektroneista ioneihin – erittäin suurilla nopeuksilla, lähellä valon nopeuksia. Kiihdytintiede keskittyy näiden valtavien koneiden suunnitteluun, käyttöön ja optimointiin hiukkasfysiikan ja monien muiden tieteenalojen mahdollistamiseksi. Tutkijat työskentelevät jatkuvasti parantaakseen kykyämme hallita ja suunnata säteitä sen sijaan, että katsoisivat vain törmäysten tuloksia.
"Näiden kokeiden aikavälit ovat paljon lyhyemmät kuin hiukkasfysiikassa", Merminga selittää. "Se vetosi minuun. Voisin kehittää teorioita ja testata niitä ja saada välittömiä tuloksia." Joten hän liittyi tohtoriohjelmaan Fermilabissa ja työskenteli Tevatron – tuolloin maailman eniten energiaa käyttävä törmäyskone.
Törmäysten optimoimiseksi on tärkeää pystyä ennustamaan ja hallitsemaan hiukkassäde törmäystunnelissa, varsinkin kun on olemassa huonosti tutkittuja epälineaarisia vaikutuksia. Tohtoriprojektissaan Merminga käytti teoreettisia formalismeja ja Tevatronin kokeellista dataa tutkiakseen, kuinka säteen dynamiikka reagoi sen ohjaamiseen ja fokusoimiseen käytettyyn magneettijärjestelmään, varsinkin kun epälineaarisuudesta tuli keskeinen suorituskykyä rajoittava tekijä. Hänen työnsä vaikutti tuolloin suunnitteilla olevan suprajohtavan supertörmätimen suunnitteluun.
Valmistuttuaan tohtorintutkinnon – hänestä tuli tuolloin vasta toinen opiskelija, joka valmistui kyseisestä ohjelmasta – Merminga meni töihin Stanford Linear Accelerator Center (SLAC). Siitä lähtien hän on työskennellyt asiantuntijana monilla kiihdytintieteen aloilla. Hän on todellakin toiminut useissa johtotehtävissä, mukaan lukien kiihdytinjaoston päällikkö TRIUMF, Kanadan hiukkaskiihdytinkeskus.
Projektin prioriteetit
Mermingan edistyessä urallaan myös Fermilab muuttui. Vuonna 2011, lähes 30 vuotta kestäneen protonien ja antiprotonien törmäyksen jälkeen, Tevatron suljettiin. Tämä merkitsi merkittävää muutosta laboratorion painopisteessä pois korkean energian kokeista. Osa syy tähän muutokseen johtui hiukkasfysiikan kansainvälisestä luonteesta – koska yksikään maa ei pysty tekemään kaikkia kokeita, on järkevää, että suuret tutkimuslaitokset tutkivat eri alueita.
Tekijä 2011, CERN'S Large Hadron Collider oli käynnissä korkeammilla energioilla kuin Tevatron; joten Fermilab näki tilaisuuden ottaa sen sijaan johtoasema korkean intensiteetin kokeissa. Viimeksi mainitut ovat erityisen tärkeitä neutriinojen tutkimisen kannalta; näillä pienillä hiukkasilla on erittäin alhainen vuorovaikutusnopeus, joten tällaisten tapahtumien havaitsemiseksi on välttämätöntä tuottaa valtavia määriä niitä.
Vuonna 2015 Fermilab aloitti rakentamisen tukeakseen uusia kokeiluja Protonien parantamissuunnitelma-II (PIP-II), ja Merminga palasi hänen luokseen alma mater johtamaan projektia. PIP-II on 215 metriä pitkä lineaarinen kiihdytin, joka toimii Fermilabin uuden kiihdytinkompleksin sydämenä ja edistää useita uusia kokeita. Yksi PIP-II:n päätavoitteista on luoda maailman voimakkain neutriinosäde laukaisemalla sen intensiivinen protonisäde grafiittikohteeseen. Nämä neutriinot lähetetään näiden kahden kautta Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE) ilmaisimia, jotka ovat parhaillaan rakenteilla – yksi Fermilabissa ja toinen 1300 km päässä Etelä-Dakotassa.
Syy siihen, että ne sijaitsevat niin kaukana, on se, että neutriinoilla on kolme "makua" - elektroni, myon ja tau - ja niillä on outo käyttäytyminen "värähtelemällä" näiden tyyppien välillä matkustaessaan. Kahden ilmaisimen välinen suuri etäisyys lisää niiden herkkyyttä näille värähtelyille, ja tällä käytöksellä saattaa olla syvällisiä vaikutuksia koko maailmankaikkeuteen. Fyysikot ajattelevat, että neutriinojen ja antineutriinojen värähtelytavoissa saattaa olla eroja makujensa välillä, mikä viittaa aine-antimateriaali-symmetrian (C-P-rikkomus) ja standardimallin ylittävän fysiikan rikkomiseen. Tällainen ero saattaa jopa olla avain siihen, miksi maailmankaikkeudessa on enemmän ainetta kuin antimateriaa, mikä on oman olemassaolomme ratkaiseva ehto.
Haluaisin nähdä DUNE:n löytävän lopullisen vastauksen neutriinojen värähtelyihin ja C–P-rikkomukseen mahdollisimman nopeasti, koska se liittyy aineen ja antiaineen epäsymmetriaan ja siihen, miksi olemme edes täällä.
Lia Merminga
Joten Merminga toivoo, että PIP-II:n tuottamat neutrinotutkimukset valaisevat tätä suurta kysymystä. "Haluaisin nähdä DUNE:n löytävän lopullisen vastauksen neutriinojen värähtelyihin ja C-P-rikkomukseen mahdollisimman nopeasti", hän sanoo, "koska se liittyy aineen – antiaineen epäsymmetriaan ja siihen, miksi ylipäänsä olemme täällä."
Merminga on myös innoissaan liittyvästä tekniikasta, kuten suprajohtavasta radiotaajuustekniikasta (SRF), jossa Fermilab on maailman johtava teknologia, ja hän on kiinnostunut näkemään, kuinka pitkälle instituutti voi viedä rajoja. SRF parantaa kiihdytin suorituskykyä välttämällä energiahäviöitä, joita normaalisti esiintyy kiihdytin seinämien virtojen vastustuksen seurauksena. PIP-II:n rakenteet valmistetaan suprajohtavasta niobiumista ja jäähdytetään 2 K:n lämpötilaan tämän ominaisuuden hyödyntämiseksi.
Nyt kun hän on Fermilabin johtaja kokonaisuudessaan eikä erityisesti PIP-II:n johtajana, Merminga ei ole siinä aivan niin tiiviisti mukana kuin ennen, mutta hän aikoo seurata sen etenemistä ja on edelleen intohimoinen projektiin. . "Kun se on valmis, sitä käyttävät vielä 50 vuotta minun jälkeeni tulevat sukupolvet", hän sanoo. "On voimakasta edistää jotain pysyvää arvoa."
uranuurtaja
Samalla kun tieteellinen tieto on kehittynyt, niin myös maailma sen ympärillä on kehittynyt. Ehkä se, että Fermilab on ensimmäistä kertaa naisen johdossa, on osoitus näistä muutoksista. Henkilökohtaisesti Merminga ei koe sukupuolensa olleen este urallaan, ja hän korostaa teknisen osaamisen voimaa.
"Kun olen ainoa nainen huoneessa", hän selittää, "jos annan oikeat vastaukset tai minulla on oikeat näkemykset, he lakkaavat ajattelemasta minua naisena ja keskittyvät siihen, mitä annan. Näin olen tämän asian urallani käsitellyt. Ole erittäin hyvä siinä, mitä teet, ja heidän on kuunneltava sinua ennemmin tai myöhemmin. Siitä huolimatta hän uskoo, että naisten aliedustuksen fysiikassa on muututtava ja lisää, että tiimit ovat paljon vaikuttavampia ja tehokkaampia, kun niillä on monipuolisempia näkökulmia.
Merminga selittää suuren osan itseluottamuksestaan, että hän on käynyt vain tyttöjen koulua, ja huomauttaa, että pojat voivat joskus olla itsevarmempia. "18-vuotiaaksi asti olin ympäristössä, joka oli hieman suojattu", hän sanoo. ”Se auttoi minua rakentamaan luottamusta itseeni. Kun menin yliopistoon, vain 10 % opiskelijoista oli naisia, mutta siihen mennessä olin rakentanut tarpeeksi itseluottamusta, ettei sillä ollut väliä.
Siksi Merminga uskoo, että vain tytöille suunnatut fysiikan ohjelmat voisivat auttaa tyttöjä tuntemaan olonsa paremmaksi opiskella aihetta. Mutta hän sanoo, että tarvitsemme monitahoisen ratkaisun, joka käsittelee myös käytännön ongelmia, joita ihmiset kohtaavat koko uransa aikana. Esimerkiksi Fermilabilla on paikan päällä päivähoito, jonka avulla vanhemmat voivat keskittyä työhönsä helpommin.
Toinen tärkeä tekijä on tietysti naisten näkyvyyden lisääminen aiheesta. Merminga huomauttaa, että tästä oli hänelle apua, koska hän oli saanut inspiraationsa hänen naisfysiikan opettajaltaan hänen ollessaan koulussa ja myöhemmin Helen Edwardsilta, Tevatronin rakentamisen johtavalta fyysikolta. "Jenkun näkeminen toiminnassa on erittäin voimakasta", hän sanoo.
Onneksi tämä on parantunut entisestään viime vuosina. Vuodesta 2016 lähtien kokeellinen hiukkasfyysikko Fabiola Gianotti on toiminut CERNin pääjohtajana, myös ensimmäisenä naisena kyseisessä virassa. Mermingan noustessa Fermilabin ruoriin, kaksi fysiikan merkittävimmistä tehtävistä on nyt naisten miehittämiä. Joten vaikka työtä on vielä tehtävänä, tämä tuntuu merkittävältä virstanpylvältä.
Tulevaisuuden muotoilu
Vaikka Merminga on aiemminkin johtanut suuria projekteja ja ohjelmia, niin ison instituutin kuin Fermilabin johtaminen on hänelle uusi haaste, sillä suurempi mittakaava lisää monimutkaisuutta. Mutta hän uskoo, että johtamisen ja suuren tieteellisen kokonaisuuden johtamisen perusperiaatteet pysyvät samoina.
"On tärkeää, että meillä on selkeä visio ja pystyä ilmaisemaan se jokaiselle työntekijälle", hän sanoo. saada suunnitelma tuon vision toteuttamiseksi; ja pitää itseni ja kaikki muut vastuullisina sen toteuttamisesta."
Valmistautuminen LHC:n jälkeiseen tulevaisuuteen
Mikä on Mermingan visio Fermilabista? Tätä hän muotoilee edelleen, kun hän on vasta ottanut hallintaansa, ja hän on kiinnostunut pohtimaan monia näkökulmia. Yksi ensimmäisistä toimista huhtikuussa oli aloittaa "kuuntelukierros" kuullakseen laboratorion työntekijöitä ja Fermilabin käyttäjäyhteisöä. Vaikka yksityiskohdat ovat vielä työn alla, hän kuvailee Fermilabin kunnianhimoa, että se "johtaa maailmaa hiukkasfysiikan ja kiihdytintieteen, teknologian ja innovaatioiden alalla monipuolisen ja maailmanluokan työvoiman tukemana; erinomaisten ja kestävien toimintojen ja liiketoimintajärjestelmien ansiosta; kestävällä kampusstrategialla, joka on integroitu tehtäväämme; ja kestävällä ja mahdollistamalla kumppanuuksia, alueellisia, kansallisia ja kansainvälisiä."
Hän pohtii uraansa ja sanoo, että hänellä on monia tunteita ryhtyessään johtajaksi instituutissa, jossa hän aloitti kiihdytintieteen. "Tyhjennä sen kahteen sanaan: syvä kiitollisuus", hän sanoo. ”Olin erittäin etuoikeutettu saadessani olla täällä jatko-opiskelijana ja tehdä kokeita joidenkin maailman parhaiden fyysikkojen kanssa ja kehittyneimmällä törmäyskoneella, joka oli tuolloin olemassa. Kuinka onnekas voi olla? Tulee mieleen kreikkalaisen runoilijan Constantine Cavafyn runo Ithaka. Hän kirjoittaa "Ithaca antoi sinulle ihmeellisen matkan." Ehkä tämä inspiroi hänen johtajan tehtäväänsä henkilökohtaisempaa, sillä hän korostaa haluavansa nyt antaa muille nuorille tutkijoille samanlaisia mahdollisuuksia. Sen lisäksi, että hän maksaa sen eteenpäin, hän haluaa kunnioittaa aiempien sukupolvien fyysikkojen ja Fermilabin entisten johtajien perintöä.
Tunnen vastuuta ja kiitollisuutta ja paljon optimismia, että voimme jatkaa tällä tiellä
Lia Merminga
Jälkeenpäin katsottuna vaikuttaa hurjalta, että yksi noista entisistä ohjaajista, Leon Lederman, on Mermingan setä kuvaavan valokuvan taustalla. "Seisomme jättiläisten harteilla", hän sanoo. ”Tunnen tämän suuren vastuun jatkaa Fermilabin perinnettä, sillä se on loistava instituutio, joka on tunnustettu ympäri maailmaa innovaatioista ja läpimurtolöydöistä. Tunnen vastuuta ja kiitollisuutta ja paljon optimismia siitä, että voimme jatkaa tällä tiellä.
