Lia Merminga: mengarahkan masa depan Fermilab

Lia Merminga baru saja mengambil peran besar dalam dunia ilmiah. Pada bulan April, fisikawan akselerator terkenal mengambil alih sebagai direktur dari Laboratorium Akselerator Nasional Fermi (Fermilab) – salah satu pusat penelitian fisika partikel paling ikonik di dunia. Meraih jabatan tertinggi tersebut merupakan pencapaian yang luar biasa, dan Merminga merefleksikan jalan yang membawanya menjadi kepala institut tempat perjalanannya dalam fisika akselerator pertama kali dimulai.

Tumbuh di negara asalnya Yunani, tempat ia dilahirkan pada tahun 1960, Merminga memiliki tekad masa kecil untuk menekuni sains. Salah satu inspirasi awalnya adalah mendengar keluarganya bercerita tentang pamannya, George Dousmanis, yang memiliki gelar PhD di bidang fisika dari Columbia University. “Dia adalah legenda di keluarga saya,” kenangnya. “Saya memiliki foto menarik tentang dia sebagai mahasiswa pascasarjana dengan [fisikawan pemenang hadiah Nobel] Leon Lederman dan Tsung-Dao Lee di latar belakang." Ketertarikan Merminga pada sains semakin didorong oleh biografinya Marie Curie, yang dia baca pada usia 13 tahun, dan seorang guru fisika wanita yang luar biasa yang dia miliki di sekolah menengah. “Saya merasa ini adalah kehidupan yang layak untuk dijalani,” katanya, “mengabdikan diri pada sains dengan tujuan tunggal, memajukan pengetahuan, dan memberikan dampak besar pada masyarakat”.

Setelah tamat sekolah, Merminga melanjutkan pelajaran fizik di Universitas Athena. Pada tahun ketiganya, pembimbing tesisnya adalah seorang profesor fisika partikel teoretis, dan Merminga memutuskan bahwa ini adalah cabang ilmu yang ingin ia masuki. “Tidak ada yang lebih mendalam dari itu,” jelasnya, “hanya memahami unsur paling mendasar dan interaksi materi.”

Dia mengarahkan perhatiannya pada studi pascasarjana di University of Michigan Ann Arbor, AS, dengan tujuan untuk mempelajari teori fisika partikel. Lamaran Merminga berhasil, dan pada tahun 1983 dia pindah ke seluruh dunia untuk mengejar impian akademisnya.

Merminga mengambil kursus dan melakukan beberapa proyek penelitian dalam disiplin pilihannya. Namun dia akhirnya menemukan bahwa teori fisika partikel tidak memuaskan seperti yang dia bayangkan, karena rentang waktu yang lama antara mengembangkan teori dan kemampuan mengujinya secara eksperimental. Setelah mempelajari program mahasiswa pascasarjana ilmu akselerator di Fermilab, ia pertama kali mengunjungi lembaga penelitian tersebut. Ini ternyata menjadi momen penting dalam kariernya.

Mempercepat ilmu pengetahuan

Akselerator partikel mendorong berkas partikel bermuatan – dari proton dan elektron ke ion – dengan kecepatan sangat tinggi, mendekati kecepatan cahaya. Ilmu akselerator berfokus pada perancangan, pengoperasian, dan optimalisasi mesin besar ini untuk memungkinkan fisika partikel dan banyak bidang ilmiah lainnya. Para peneliti terus berupaya meningkatkan kemampuan kita untuk mengendalikan dan mengarahkan sinar, bukan sekadar melihat hasil tabrakan.

“Skala waktu untuk eksperimen ini jauh lebih singkat dibandingkan dengan fisika partikel,” jelas Merminga. “Itu menarik bagi saya. Saya dapat mengembangkan teori dan mengujinya serta mendapatkan hasil yang lebih cepat.” Jadi dia mengikuti program PhD di Fermilab, mengerjakan Tevatron – penumbuk energi tertinggi di dunia pada saat itu.

Untuk mengoptimalkan tumbukan, penting untuk dapat memprediksi dan mengontrol pancaran partikel di terowongan penumbuk, terutama dengan adanya efek nonlinier yang belum dipelajari dengan baik. Untuk proyek PhD-nya, Merminga menggunakan formalisme teoretis dan data eksperimen dari Tevatron untuk mempelajari bagaimana dinamika sinar bereaksi terhadap sistem magnetik yang digunakan untuk mengarahkan dan memfokuskannya, terutama ketika nonlinier menjadi faktor pembatas utama kinerja. Karyanya menginformasikan desain Superconducting Super Collider, yang sedang direncanakan pada saat itu.

Setelah menyelesaikan PhD-nya – menjadi mahasiswa kedua yang lulus dari program khusus tersebut pada saat itu – Merminga mulai bekerja di Pusat Akselerator Linier Stanford (SLAC). Sejak itu, ia menghabiskan kariernya menjadi ahli di berbagai bidang ilmu akselerator. Memang benar, beliau telah memegang beberapa peran kepemimpinan, termasuk kepala divisi akselerator di KEMENANGAN, pusat akselerator partikel Kanada.

Prioritas proyek

Sementara Merminga mengalami kemajuan dalam karirnya, Fermilab juga mengalami perubahan. Pada tahun 2011, setelah hampir 30 tahun bertabrakan antara proton dan antiproton, Tevatron ditutup. Hal ini menandai perubahan signifikan dalam fokus laboratorium dari eksperimen energi tinggi. Alasan di balik perubahan ini berasal dari sifat fisika partikel yang bersifat internasional – karena tidak ada satu negara pun yang memiliki kapasitas untuk melakukan semua eksperimen, maka masuk akal jika fasilitas penelitian besar melakukan penyelidikan di berbagai bidang.

Oleh 2011, CERN'S Large Hadron Collider aktif dan berjalan dengan energi yang lebih tinggi daripada Tevatron; jadi Fermilab melihat peluang untuk memimpin eksperimen berintensitas tinggi. Yang terakhir ini sangat penting untuk mempelajari neutrino; partikel-partikel kecil ini mempunyai tingkat interaksi yang sangat rendah, jadi untuk mengamati peristiwa-peristiwa seperti itu, penting untuk menghasilkan partikel-partikel tersebut dalam jumlah besar.

Pada tahun 2015, untuk mendukung eksperimen baru, Fermilab mulai membangun Rencana Peningkatan Proton-II (PIP-II), dan Merminga kembali padanya Alma mater untuk memimpin proyek tersebut. PIP-II adalah akselerator linier sepanjang 215 m yang akan berfungsi sebagai jantung kompleks akselerator baru Fermilab dan berkontribusi pada berbagai eksperimen baru. Salah satu tujuan utama PIP-II adalah menciptakan berkas neutrino paling kuat di dunia, dengan meluncurkan berkas proton kuatnya ke target grafit. Neutrino ini akan dikirim melalui keduanya Eksperimen Neutrino Bawah Tanah yang Dalam (DUNE), yang saat ini sedang dibangun – satu di Fermilab dan yang lainnya berjarak 1300 km di South Dakota.

Alasan mengapa neutrino terletak sangat jauh adalah karena neutrino memiliki tiga “rasa” – elektron, muon, dan tau – dan mereka menunjukkan perilaku aneh yaitu “berosilasi” di antara jenis-jenis ini saat mereka bergerak. Jarak yang jauh antara kedua detektor meningkatkan sensitivitasnya terhadap osilasi ini, dan perilaku ini berpotensi menimbulkan implikasi besar bagi seluruh alam semesta. Fisikawan berpikir mungkin ada perbedaan dalam cara neutrino dan antineutrino berosilasi antara rasanya, yang mengindikasikan pelanggaran simetri materi-antimateri (pelanggaran C–P) dan fisika di luar Model Standar. Perbedaan tersebut bahkan mungkin menjadi kunci mengapa terdapat lebih banyak materi daripada antimateri di alam semesta – sebuah kondisi yang sangat penting bagi keberadaan kita.

Saya ingin melihat DUNE mencapai jawaban pasti terhadap osilasi neutrino dan pelanggaran C–P secepat mungkin karena ini terkait dengan asimetri materi-antimateri, dan mengapa kita ada di sini.

Lia Merminga

Jadi Merminga berharap studi neutrino yang didukung oleh PIP-II akan menjelaskan pertanyaan besar ini. “Saya ingin melihat DUNE mencapai jawaban pasti terhadap osilasi neutrino dan pelanggaran C–P secepat mungkin,” katanya, “karena ini terkait dengan asimetri materi-antimateri, dan mengapa kita ada di sini.”

Merminga juga tertarik dengan teknologi terkait, seperti teknologi frekuensi radio superkonduktor (SRF) – yang mana Fermilab adalah pemimpin dunianya – dan dia ingin melihat sejauh mana lembaga ini dapat melampaui batas-batas yang ada. SRF meningkatkan kinerja akselerator dengan menghindari hilangnya energi yang biasanya terjadi melalui hambatan terhadap arus di dinding akselerator. Struktur PIP-II akan terbuat dari niobium superkonduktor dan didinginkan hingga 2 K untuk memanfaatkan properti ini.

Kini, karena ia menjabat sebagai direktur Fermilab secara keseluruhan, dan bukan direktur PIP-II secara khusus, Merminga tidak akan terlalu terlibat di dalamnya seperti sebelumnya, namun ia berniat untuk terus mengikuti perkembangannya dan tetap bersemangat dengan proyek tersebut. . “Jika sudah selesai maka akan digunakan selama 50 tahun lagi oleh generasi setelah saya,” katanya. “Sangatlah bermanfaat untuk berkontribusi pada sesuatu yang bernilai abadi.”

Perintis

Meskipun pengetahuan ilmiah telah mengalami kemajuan, dunia di sekitarnya pun mengalami kemajuan. Mungkin fakta bahwa Fermilab dipimpin oleh seorang wanita untuk pertama kalinya merupakan bukti perubahan tersebut. Secara pribadi, Merminga tidak merasa gender menjadi hambatan dalam kariernya, dan dia menekankan kekuatan kemahiran teknis.

“Saat saya satu-satunya perempuan di sebuah ruangan,” jelasnya, “jika saya memberikan jawaban yang benar atau memiliki wawasan yang benar, mereka akan berhenti menganggap saya sebagai perempuan dan fokus pada kontribusi saya. Begitulah cara saya menangani hal ini dalam karier saya. Bersikaplah baik dalam apa yang Anda lakukan dan cepat atau lambat mereka akan mendengarkan Anda.” Namun demikian, ia percaya bahwa kurangnya keterwakilan perempuan dalam bidang fisika perlu diubah, dan ia menambahkan bahwa tim akan jauh lebih berdampak dan efektif ketika mereka memiliki perspektif yang lebih beragam untuk dijadikan acuan.

Merminga mengaitkan kepercayaan dirinya dengan bersekolah di sekolah khusus perempuan, dan mencatat bahwa anak laki-laki terkadang bisa lebih asertif. “Sampai saya berusia 18 tahun, saya berada di lingkungan yang sedikit terlindungi,” katanya. “Itu membantu saya membangun kepercayaan diri. Saat saya masuk universitas, hanya 10% mahasiswanya adalah perempuan, namun saat itu saya sudah cukup percaya diri bahwa hal itu tidak menjadi masalah.”

Oleh karena itu, Merminga percaya bahwa program fisika khusus perempuan dapat membantu anak perempuan merasa lebih berdaya untuk mempelajari mata pelajaran tersebut. Namun dia mengatakan kita memerlukan solusi multi-cabang yang juga mengatasi masalah-masalah praktis yang dihadapi orang-orang sepanjang karier mereka. Fermilab, misalnya, memiliki tempat penitipan anak yang memungkinkan orang tua lebih mudah fokus pada pekerjaan mereka.

Faktor utama lainnya tentu saja adalah meningkatnya visibilitas perempuan dalam subjek ini. Merminga mencatat bahwa hal ini bermanfaat baginya, karena terinspirasi oleh guru fisika perempuannya ketika dia masih di sekolah, dan kemudian oleh Helen Edwards, ahli fisika utama dalam pembangunan Tevatron. “Melihat seseorang beraksi adalah hal yang sangat bermanfaat,” katanya.

Untungnya, hal ini semakin membaik dalam beberapa tahun terakhir. Sejak 2016, fisikawan partikel eksperimental Fabiola Gianotti pernah menjadi direktur jenderal CERN, dan juga wanita pertama yang memegang posisi tersebut. Dengan Merminga memimpin Fermilab, dua pekerjaan paling terkenal di bidang fisika kini ditempati oleh perempuan. Jadi meskipun masih ada pekerjaan yang harus diselesaikan, hal ini terasa seperti sebuah pencapaian yang signifikan.

Merumuskan masa depan

Meskipun Merminga telah memimpin proyek dan program besar sebelumnya, mengarahkan lembaga sebesar Fermilab merupakan tantangan baru baginya, karena skala yang lebih besar berarti menambah kompleksitas. Namun dia yakin bahwa prinsip dasar kepemimpinan dan pengelolaan entitas ilmiah besar tetap sama.

“Penting untuk memiliki visi yang jelas,” katanya, “dan mampu mengartikulasikannya kepada setiap karyawan; mempunyai rencana untuk mewujudkan visi tersebut; dan meminta pertanggungjawaban diri saya sendiri dan orang lain untuk mewujudkannya.”

Lalu apa visi Merminga untuk Fermilab? Ini adalah sesuatu yang masih dia rumuskan, baru saja diambil alih, dan dia ingin mempertimbangkan banyak perspektif. Salah satu tindakan pertama yang dia ambil pada bulan April adalah memulai “tur mendengarkan”, untuk mendengarkan pendapat karyawan laboratorium dan komunitas pengguna Fermilab. Meskipun hal-hal spesifik masih dalam tahap pengerjaan, ia menjelaskan secara garis besar ambisinya untuk Fermilab adalah “memimpin dunia dalam ilmu fisika partikel dan akselerator, teknologi dan inovasi, yang didukung oleh tenaga kerja yang beragam dan berkelas dunia; melalui operasi dan sistem bisnis yang unggul dan kuat; melalui strategi kampus berkelanjutan yang terintegrasi dengan misi kami; dan dengan mempertahankan dan memungkinkan kemitraan, regional, nasional dan internasional.”

Berkaca pada karirnya, dia berkata bahwa dia memiliki banyak perasaan untuk menjadi direktur institut tempat dia pertama kali memulai ilmu akselerator. “Saya akan merangkumnya dalam dua kata: rasa terima kasih yang mendalam,” katanya. “Saya merasa sangat terhormat berada di sini sebagai mahasiswa pascasarjana, melakukan eksperimen dengan beberapa fisikawan terbaik dunia dan dengan penumbuk tercanggih yang ada pada saat itu. Seberapa beruntungnya seseorang? Puisi 'Ithaca' karya penyair Yunani Constantine Cavafy terlintas di benak saya. Dia menulis 'Ithaca memberimu perjalanan yang luar biasa.'” Mungkin ini mengilhami sisi yang lebih pribadi dari misinya sebagai direktur, karena dia menekankan bahwa dia sekarang ingin memberikan kesempatan serupa kepada ilmuwan muda lainnya. Dan selain membayarnya, dia ingin menghormati warisan fisikawan generasi sebelumnya dan mantan direktur Fermilab.

Saya merasakan tanggung jawab dan rasa syukur, serta optimisme yang besar bahwa kita dapat melanjutkan lintasan ini

Lia Merminga

Melihat ke belakang, nampaknya kebetulan salah satu mantan sutradara tersebut, Leon Lederman, berada di latar belakang foto yang menggambarkan paman Merminga. “Kami berdiri di atas bahu para raksasa,” katanya. “Saya merasakan tanggung jawab besar untuk melanjutkan tradisi Fermilab sebagai institusi hebat yang diakui di seluruh dunia atas inovasi dan penemuan terobosannya. Saya merasakan tanggung jawab dan rasa syukur, serta optimisme yang besar bahwa kita dapat melanjutkan lintasan ini.”