Lia Merminga most lett a hetedik igazgatója a Fermi National Accelerator Laboratorynak az Egyesült Államokban. Laura Hiscott-tal beszélget a gyorsító tudományról, a részecskefizika jövőjéről és arról, hogy ő az első nő, aki vezeti ezt az ikonikus és befolyásos kutatóközpontot.
Lia Merminga éppen most vette fel a jelentős szerepet a tudományos világban. Áprilisban a neves gyorsítófizikus vette át az igazgatói posztot az Fermi Nemzeti Gyorsító Laboratórium (Fermilab) – a világ egyik legikonikusabb részecskefizikai kutatóközpontja. A vezető állás elérése óriási teljesítmény, és Merminga elgondolkodik azon az úton, amely elvezetett ahhoz, hogy annak az intézetnek a vezetője legyen, ahol a gyorsítófizikai útja először kezdődött.
Merminga szülőhazájában, Görögországban nőtt fel, ahol 1960-ban született. Valójában az egyik legkorábbi inspiráció az volt, amikor családja történeteket mesélt nagybátyjáról, George Dousmanisról, aki PhD fokozatot szerzett fizikából. Columbia Egyetem. „Legendás volt a családomban” – emlékszik vissza. „Van egy lenyűgöző fotóm róla, amint egy végzős hallgató [Nobel-díjas fizikusokkal]. Leon Lederman és a Tsung-Dao Lee a háttérben." Merminga tudomány iránti érdeklődését tovább élénkítette egy életrajza Marie Curie, amelyet 13 évesen olvasott, és kiváló fizikatanárnő volt a középiskolában. „Úgy éreztem, ez egy olyan élet, amelyet érdemes élni” – mondja –, „a tudománynak szentelni magát egy ilyen egyedi céllal, fejleszteni a tudást és óriási hatással lenni a társadalomra”.
Az iskola befejezése után Merminga fizikát tanult az egyetemen Athéni Egyetem. Harmadik évében a témavezetője az elméleti részecskefizika professzora volt, és Merminga úgy döntött, hogy ez az a tudományág, amelybe szeretne belemenni. „Ennél nem lesz mélyebb – magyarázza –, csak az anyag legalapvetőbb alkotóelemeinek és kölcsönhatásainak megértése.”
Posztgraduális tanulmányait tűzte ki célul a A Michigani Egyetem Ann Arbor, USA, azzal a szándékkal, hogy elméleti részecskefizikát tanulmányozzon. Merminga pályázata sikeres volt, és 1983-ban a világ minden tájára költözött, hogy kövesse tudományos álmait.
Merminga tanfolyamokon vett részt és kutatási projekteket végzett a választott tudományterületén. De végül úgy találta, hogy az elméleti részecskefizika nem olyan örömteli, mint képzelte, mivel hosszú idő telik el az elmélet kidolgozása és a kísérleti tesztelés között. Miután megismerte a Fermilab akcelerátortudományi posztgraduális hallgatói programját, először látogatott el a kutatóintézetbe. Ez döntő pillanatnak bizonyult karrierje során.
A tudomány felgyorsítása
A részecskegyorsítók a töltött részecskék nyalábjait – protonoktól és elektronoktól az ionokig – nagyon nagy sebességgel, közel a fényhez hajtják. Az Accelerator Science ezen hatalmas gépek tervezésére, működtetésére és optimalizálására összpontosít, hogy lehetővé tegye a részecskefizikát és sok más tudományterületet. A kutatók folyamatosan azon dolgoznak, hogy javítsák képességünket a sugarak irányítására és irányítására, ahelyett, hogy egyszerűen az ütközések kimenetelét néznék.
"Ezeknek a kísérleteknek az időtartama sokkal rövidebb, mint a részecskefizikában" - magyarázza Merminga. „Ez vonzott engem. Kidolgozhatnám elméleteket és tesztelhetném őket, és azonnali eredményeket érhetnék el.” Így hát csatlakozott a Fermilab PhD programjához, és azon dolgozott Tevatron – a világ akkori legnagyobb energiájú ütköztetője.
Az ütközések optimalizálása érdekében fontos megjósolni és szabályozni a részecskék sugarát az ütközőalagútban, különösen nem jól tanulmányozott nemlineáris hatások jelenlétében. Merminga doktori projektjéhez elméleti formalizmusokat és a Tevatron kísérleti adatait használta annak tanulmányozására, hogy a nyaláb dinamikája hogyan reagál az irányítására és fókuszálására használt mágneses rendszerre, különösen ott, ahol a nemlinearitás kulcsfontosságú korlátozó tényezővé vált a teljesítményben. Az ő munkája volt az alapja az akkoriban tervezett szupravezető szuperütköztető tervezésének.
A doktori fokozat megszerzése után Merminga akkoriban csak a második hallgató lett, aki végzett ezen a speciális programon. Stanford Lineáris Accelerator Center (SLAC). Azóta karrierje során az akcelerátortudomány számos területén szakértő lett. Valójában számos vezető szerepet töltött be, többek között a gyorsító részleg vezetőjeként TRIUMF, Kanada részecskegyorsító központja.
A projekt prioritásai
Amíg Merminga előrehaladt a karrierjében, a Fermilab is változott. 2011-ben, közel 30 évnyi protonok és antiprotonok ütközése után, a Tevatront leállították. Ez jelentős eltolódást jelentett a laboratórium fókuszában a nagy energiájú kísérletektől. Ennek a változásnak az oka részben a részecskefizika nemzetközi jellegéből adódott – mivel egyetlen országnak sincs kapacitása az összes kísérlet elvégzésére, ésszerű, hogy a nagy kutatóintézetek különböző területeket vizsgáljanak.
Az 2011, CERN'S Large Hadron Collider magasabb energiákkal működött, mint a Tevatron; így a Fermilab meglátta a lehetőséget, hogy inkább átvegye a vezetést a nagy intenzitású kísérletekben. Ez utóbbiak különösen fontosak a neutrínók tanulmányozása szempontjából; ezeknek az apró részecskéknek rendkívül alacsony a kölcsönhatási aránya, ezért az ilyen események megfigyeléséhez elengedhetetlen, hogy hatalmas mennyiséget generáljunk belőlük.
2015-ben az új kísérletek támogatására a Fermilab megkezdte a Protonfejlesztési terv-II (PIP-II), Merminga pedig visszatért hozzá alma Mater a projekt vezetésére. A PIP-II egy 215 m hosszú lineáris gyorsító, amely a Fermilab új gyorsítókomplexumának szíveként szolgál majd, és számos új kísérlethez járul hozzá. A PIP-II egyik fő célja, hogy a világ legintenzívebb neutrínósugarait hozza létre úgy, hogy intenzív protonnyalábját egy grafit célpontba indítja. Ezeket a neutrínókat a kettőn keresztül fogják elküldeni Mély földalatti neutrínó kísérlet (DUNE) detektorok, amelyek jelenleg építés alatt állnak – az egyik Fermilabban, a másik pedig 1300 km-re, Dél-Dakotában.
A neutrínók ilyen távoli elhelyezkedésének oka az, hogy a neutrínók három „ízben” vannak – elektron, müon és tau –, és azt a furcsa viselkedést mutatják, hogy utazásuk során „oszcillálnak” e típusok között. A két detektor közötti nagy távolság növeli érzékenységüket ezekre az oszcillációkra, és ennek a viselkedésnek mélyreható hatásai lehetnek az egész univerzumra. A fizikusok úgy vélik, hogy különbség lehet abban, ahogy a neutrínók és az antineutrínók oszcillálnak ízeik között, ami az anyag–antianyag szimmetria (C–P megsértése) és a fizika megsértésére utalna a Standard Modellen túl. Ez a különbség akár a kulcsa is lehet annak, hogy az univerzumban miért több az anyag, mint az antianyag – ez saját létezésünk döntő feltétele.
Szeretném, ha a DUNE a lehető leggyorsabban megtalálná a végleges választ a neutrínó oszcillációira és a C-P megsértésére, mert ez az anyag-antianyag aszimmetriával kapcsolatos, és egyáltalán miért vagyunk itt.
Lia Merminga
Merminga tehát azt reméli, hogy a PIP-II által működtetett neutrínó-vizsgálatok rávilágítanak erre a nagy kérdésre. „Szívesen látnám, ha a DUNE a lehető leggyorsabban megtalálná a végleges választ a neutrínó oszcillációira és a C–P megsértésére” – mondja –, mert az anyag-antianyag aszimmetriával kapcsolatos, és hogy egyáltalán miért vagyunk itt.
Mermingát a kapcsolódó technológia is izgatja, például a szupravezető rádiófrekvenciás (SRF) technológia – amelyben a Fermilab világelső –, és kíváncsian várja, hogy az intézet meddig feszegeti a határokat. Az SRF javítja a gyorsító teljesítményét azáltal, hogy elkerüli az energiaveszteséget, amely általában a gyorsító falaiban lévő áramokkal szembeni ellenállás miatt következik be. A PIP-II szerkezetei szupravezető nióbiumból készülnek, és 2 K-ra hűtik, hogy kihasználják ezt a tulajdonságot.
Most, hogy a Fermilab egészének igazgatója, nem pedig konkrétan a PIP-II-é, Merminga nem lesz olyan szorosan benne, mint korábban, de lépést kíván tartani a fejlődéssel, és továbbra is szenvedélyesen rajong a projektért. . „Amikor elkészül, még 50 évig használni fogják az utánam következő generációk” – mondja. „Erős dolog hozzájárulni valami maradandó értékhez.”
Úttörő
Miközben a tudományos ismeretek fejlődnek, a körülötte lévő világ is fejlődött. Talán az a tény, hogy a Fermilabot először vezeti nő, bizonyítja ezeket a változásokat. Merminga személy szerint nem érzi akadálynak a nemét a karrierjében, és a technikai jártasság erejét hangsúlyozza.
„Amikor én vagyok az egyetlen nő a szobában – magyarázza –, ha a megfelelő válaszokat adom, vagy a megfelelő belátásaim vannak, akkor nem fognak nőként gondolni rám, és arra összpontosítanak, amihez hozzájárulok. Így foglalkoztam ezzel a pályafutásom során. Légy nagyon jó abban, amit csinálsz, és előbb-utóbb hallgatniuk kell rád.” Mindazonáltal úgy véli, hogy a nők fizikában való alulreprezentáltságán változtatni kell, hozzátéve, hogy a csapatok sokkal hatásosabbak és hatékonyabbak, ha változatosabb perspektívákból meríthetnek.
Merminga önbizalmának nagy részét annak tulajdonítja, hogy lányiskolába járt, és megjegyzi, hogy a fiúk néha határozottabbak tudnak lenni. „18 éves koromig egy kicsit védett környezetben éltem” – mondja. „Ez segített felépíteni az önbizalmat magamban. Amikor egyetemre jártam, a hallgatók mindössze 10%-a volt nő, de addigra már elég önbizalmam alakult ki ahhoz, hogy ez nem számít.”
Merminga ezért úgy véli, hogy a csak lányoknak szóló fizikaprogramok segíthetik a lányokat abban, hogy nagyobb erőt kapjanak a téma tanulmányozásához. De azt mondja, hogy olyan sokoldalú megoldásra van szükségünk, amely azokkal a gyakorlati problémákkal is foglalkozik, amelyekkel az emberek karrierjük során szembesülnek. A Fermilab például helyszíni napközivel rendelkezik, amely lehetővé teszi a szülők számára, hogy könnyebben koncentráljanak a munkájukra.
Egy másik fontos tényező természetesen a nők láthatóságának növelése a témában. Merminga megjegyzi, hogy ez hasznos volt számára, mivel iskolás korában fizikatanárnője, majd később Helen Edwards, a Tevatron építésének vezető fizikusa ihlette meg. „Ha valakit cselekvés közben látunk, az nagyon erős” – mondja.
Szerencsére ez az elmúlt években tovább javult. 2016 óta a kísérleti részecskefizikus Fabiola Gianotti a CERN főigazgatója, egyben az első nő, aki betölti ezt a pozíciót. Mivel Merminga átvette a Fermilab kormányát, a fizika területén a két legmagasabb szintű munkakört most nők töltik be. Tehát bár van még tennivaló, ez jelentős mérföldkőnek tűnik.
A jövő megfogalmazása
Bár Merminga már korábban is vezetett nagy projekteket és programokat, egy ilyen nagy intézet, mint a Fermilab irányítása új kihívást jelent számára, hiszen a nagyobb lépték további összetettséget jelent. De úgy véli, hogy a vezetés és a nagy tudományos egység irányításának alapelvei ugyanazok maradnak.
„Fontos, hogy világos elképzelésünk legyen – mondja –, és hogy ezt minden alkalmazottnak meg tudjuk fogalmazni; hogy legyen tervünk ennek a víziónak a megvalósítására; és felelősségre vonnom magam és mindenki mást, hogy teljesítsem ezt.”
Felkészülés az LHC utáni jövőre
Tehát mi a Merminga elképzelése a Fermilabról? Ezt még mindig megfogalmazza, még csak most vette át, és szívesen mérlegel sok szempontot. Áprilisban az egyik első lépése az volt, hogy „hallgatási körútra” indult, hogy meghallgathassa a labor alkalmazottait és a Fermilab felhasználói közösségét. Míg a konkrétumok még mindig feldolgozás alatt állnak, leírja, hogy a Fermilab ambíciója nagy vonalakban az, hogy „a részecskefizika és a gyorsító tudomány, a technológia és az innováció terén a világ élére álljon, sokszínű és világszínvonalú munkaerővel alátámasztva; kiváló és robusztus működéssel és üzleti rendszerekkel; a küldetésünkbe integrált fenntartható kampuszstratégia révén; valamint a regionális, nemzeti és nemzetközi partnerségek tartós és lehetővé tétele révén.”
Karrierjére gondolva azt mondja, sok érzése van azzal kapcsolatban, hogy annak az intézetnek az igazgatója lett volna, ahol először kezdett az akcelerátortudományban. „Két szóban foglalom össze: mélységes hála” – mondja. „Nagyon megtiszteltetés számomra, hogy végzős diákként itt lehettem, és kísérleteket végezhetek a világ legjobb fizikusaival és az akkori legfejlettebb ütköztetővel. Milyen szerencsés lehet valaki? Constantine Cavafy görög költő Ithaka verse jut eszembe. Azt írja: „Ithaca adta neked a csodálatos utazást.” Talán ez inspirálja igazgatói küldetésének személyesebb oldalát, mivel hangsúlyozza, hogy most más fiatal tudósoknak is szeretne hasonló lehetőségeket adni. És amellett, hogy előre fizeti, szeretné tisztelni a fizikusok korábbi generációinak és a Fermilab korábbi igazgatóinak örökségét.
Felelősséget és hálát, és sok optimizmust érzek, hogy ezt a pályát folytathatjuk
Lia Merminga
Visszatekintve derűsnek tűnik, hogy a Merminga nagybátyját ábrázoló fotó hátterében az egyik volt rendező, Leon Lederman áll. „Óriások vállán állunk” – mondja. „Úgy érzem ezt a nagy felelősséget, hogy folytassam a Fermilab hagyományát, mivel ez az innováció és az áttörést jelentő felfedezések világszerte elismert nagyszerű intézménye. Felelősséget és hálát érzek, és sok optimizmust, hogy ezt a pályát folytathatjuk.”
