Lia Merminga: dirigere il futuro del Fermilab

Lia Merminga ha appena assunto un ruolo importante nel mondo scientifico. Ad aprile, il famoso fisico dell'acceleratore ha assunto la carica di direttore della Laboratorio Nazionale Acceleratori Fermi (Fermilab) – uno dei centri di ricerca sulla fisica delle particelle più iconici al mondo. Raggiungere quell'incarico di alto livello è un risultato monumentale e Merminga riflette sul percorso che l'ha portata a diventare il capo dell'istituto dove è iniziato il suo viaggio nella fisica degli acceleratori.

Cresciuta nel suo paese natale, la Grecia, dove è nata nel 1960, Merminga ha avuto la decisione infantile di dedicarsi alla scienza. In effetti, una delle sue prime ispirazioni fu sentire la sua famiglia raccontare storie su suo zio, George Dousmanis, che aveva un dottorato in fisica a Columbia University. "Era un leggendario nella mia famiglia", ricorda. “Ho una foto affascinante di lui da studente laureato con [fisici vincitori del premio Nobel] Leon lederman ed Tsung-Dao Lee sullo sfondo." L'interesse di Merminga per la scienza è stato ulteriormente galvanizzato da una biografia di Marie Curie, che lesse all'età di 13 anni, e un'eccellente insegnante di fisica che ebbe alle scuole superiori. "Ho sentito che questa era una vita degna di essere vissuta", dice, "dedicarsi alla scienza con uno scopo così singolare, far avanzare la conoscenza e avere un enorme impatto sulla società".

Dopo aver terminato la scuola, Merminga ha continuato a studiare fisica alla Università di Atene. Al terzo anno, il relatore della sua tesi era un professore di fisica teorica delle particelle e Merminga decise che questo era il ramo della scienza in cui voleva entrare. "Non c'è niente di più profondo di così", spiega, "basta comprendere i costituenti e le interazioni più fondamentali della materia."

Ha messo gli occhi sugli studi post-laurea presso l' Università del Michigan Ann Arbor, USA, con l'intenzione di studiare la fisica teorica delle particelle. La domanda di Merminga ebbe successo e nel 1983 si trasferì in tutto il mondo per seguire i suoi sogni accademici.

Merminga ha seguito corsi e ha svolto alcuni progetti di ricerca nella disciplina prescelta. Ma alla fine scoprì che la fisica teorica delle particelle non era così gratificante come aveva immaginato, a causa dei lunghi tempi che intercorrono tra lo sviluppo di una teoria e la possibilità di testarla sperimentalmente. Dopo aver appreso di un programma per studenti laureati in scienza degli acceleratori al Fermilab, ha visitato l'istituto di ricerca per la prima volta. Questo si è rivelato un momento cruciale nella sua carriera.

Accelerare la scienza

Gli acceleratori di particelle spingono fasci di particelle cariche – da protoni ed elettroni a ioni – a velocità molto elevate, vicine a quella della luce. La scienza degli acceleratori si concentra sulla progettazione, funzionamento e ottimizzazione di queste enormi macchine per abilitare la fisica delle particelle e molti altri campi scientifici. I ricercatori lavorano costantemente per migliorare la nostra capacità di controllare e dirigere i raggi, piuttosto che limitarsi a guardare l’esito delle collisioni.

“I tempi per questi esperimenti sono molto più brevi rispetto a quelli della fisica delle particelle”, spiega Merminga. “Questo mi ha attratto. Potrei sviluppare teorie, testarle e ottenere risultati più immediati. Così si è iscritta al programma di dottorato al Fermilab, lavorando sul Tevatron – il collisore con la più alta energia del mondo in quel momento.

Per ottimizzare le collisioni, è importante essere in grado di prevedere e controllare il fascio di particelle nel tunnel del collisore, soprattutto in presenza di effetti non lineari non ben studiati. Per il suo progetto di dottorato, Merminga ha utilizzato formalismi teorici e dati sperimentali del Tevatron per studiare come la dinamica del raggio ha reagito al sistema magnetico utilizzato per orientarlo e focalizzarlo, soprattutto laddove la non linearità è diventata un fattore limitante chiave per le prestazioni. Il suo lavoro ha informato la progettazione del Superconducting Super Collider, che era in fase di progettazione in quel momento.

Dopo aver completato il dottorato – diventando all’epoca solo la seconda studentessa a diplomarsi in quello specifico programma – Merminga andò a lavorare presso Centro dell'acceleratore lineare di Stanford (SLAC). Da allora, ha trascorso una carriera diventando un'esperta in molteplici aree della scienza degli acceleratori. In effetti, ha ricoperto diversi ruoli di leadership, tra cui quello di capo della divisione acceleratore di TRIONFO, il centro canadese dell'acceleratore di particelle.

Priorità del progetto

Mentre Merminga progrediva nella sua carriera, anche il Fermilab stava cambiando. Nel 2011, dopo quasi 30 anni di collisioni di protoni e antiprotoni, il Tevatron è stato spento. Ciò ha segnato uno spostamento significativo dell'attenzione del laboratorio lontano dagli esperimenti ad alta energia. Parte della logica alla base di questo cambiamento deriva dalla natura internazionale della fisica delle particelle: poiché nessun paese ha la capacità di eseguire tutti gli esperimenti, è logico che le grandi strutture di ricerca investano in aree diverse.

Per 2011, CERN'S Large Hadron Collider era attivo e funzionante a energie più elevate rispetto al Tevatron; quindi il Fermilab ha visto l’opportunità di prendere l’iniziativa negli esperimenti ad alta intensità. Questi ultimi sono particolarmente importanti per lo studio dei neutrini; queste minuscole particelle hanno tassi di interazione estremamente bassi, quindi per osservare tali eventi è essenziale generarne enormi quantità.

Nel 2015, per supportare nuovi esperimenti, Fermilab ha iniziato a costruire il Piano di miglioramento dei protoni-II (PIP-II), e Merminga tornò da lei alma mater per guidare il progetto. PIP-II è un acceleratore lineare lungo 215 m che fungerà da cuore del nuovo complesso di acceleratori del Fermilab e contribuirà a numerosi nuovi esperimenti. Uno degli obiettivi principali di PIP-II è creare il fascio di neutrini più intenso al mondo, lanciando il suo intenso fascio di protoni su un bersaglio di grafite. Questi neutrini verranno inviati attraverso i due Esperimento di neutrini sotterranei profondi (DUNE), attualmente in costruzione: uno al Fermilab e l’altro a 1300 km di distanza nel Sud Dakota.

La ragione per cui si trovano così lontano è che i neutrini sono disponibili in tre “sapori” – elettrone, muone e tau – e mostrano lo strano comportamento di “oscillare” tra questi tipi mentre viaggiano. La grande distanza tra i due rilevatori aumenta la loro sensibilità a queste oscillazioni, con questo comportamento che potrebbe avere profonde implicazioni per l’intero universo. I fisici pensano che potrebbe esserci una differenza nel modo in cui i neutrini e gli antineutrini oscillano tra i loro sapori, il che indicherebbe una violazione della simmetria materia-antimateria (violazione C–P) e della fisica oltre il Modello Standard. Tale differenza potrebbe anche essere la chiave per spiegare perché nell’universo c’è più materia che antimateria, una condizione cruciale per la nostra stessa esistenza.

Mi piacerebbe vedere DUNE raggiungere la risposta definitiva alle oscillazioni dei neutrini e alla violazione C-P il più velocemente possibile perché è legata all'asimmetria materia-antimateria e perché siamo qui

Lia Merminga

Quindi Merminga spera che gli studi sui neutrini condotti da PIP-II possano far luce su questa grande domanda. "Mi piacerebbe vedere DUNE raggiungere la risposta definitiva alle oscillazioni dei neutrini e alla violazione C-P il più velocemente possibile", dice, "perché è legato all'asimmetria materia-antimateria e al motivo per cui siamo qui."

Merminga è anche entusiasta della tecnologia associata, come la tecnologia a radiofrequenza superconduttiva (SRF) – in cui Fermilab è leader mondiale – ed è ansiosa di vedere fino a che punto l’istituto potrà spingersi oltre i limiti. SRF migliora le prestazioni dell'acceleratore evitando la perdita di energia che normalmente si verifica attraverso la resistenza alle correnti nelle pareti dell'acceleratore. Le strutture di PIP-II saranno realizzate in niobio superconduttore e raffreddate a 2 K per sfruttare questa proprietà.

Ora che è direttrice del Fermilab nel suo insieme, piuttosto che del PIP-II nello specifico, Merminga non sarà coinvolta così da vicino come lo era prima, ma intende tenere il passo con i suoi progressi e rimane appassionata al progetto . "Una volta terminato, verrà utilizzato per altri 50 anni dalle generazioni che verranno dopo di me", afferma. "È potente contribuire a qualcosa di valore duraturo."

Trailblazer

Mentre la conoscenza scientifica sta progredendo, lo stesso ha fatto anche il mondo che la circonda. Forse il fatto che il Fermilab sia guidato per la prima volta da una donna è una testimonianza di questi cambiamenti. Personalmente, Merminga non ritiene che il suo genere sia stato un ostacolo nella sua carriera e sottolinea il potere della competenza tecnica.

“Quando sono l'unica donna in una stanza”, spiega, “se do le risposte giuste o ho le giuste intuizioni, smetteranno di pensare a me come una donna e si concentreranno sul mio contributo. È così che ho affrontato questa cosa nella mia carriera. Sii molto bravo in quello che fai e prima o poi dovranno ascoltarti. Ciononostante, ritiene che la sottorappresentanza delle donne nel campo della fisica debba cambiare, aggiungendo che i team hanno un impatto molto maggiore ed efficace quando hanno prospettive più diversificate a cui attingere.

Merminga attribuisce gran parte della sua sicurezza all'aver frequentato una scuola femminile, sottolineando che i ragazzi a volte possono essere più assertivi. "Fino all'età di 18 anni, vivevo in un ambiente un po' protetto", afferma. “Questo mi ha aiutato ad acquisire fiducia in me stesso. Quando andavo all’università, solo il 10% degli studenti erano donne, ma ormai avevo acquisito abbastanza fiducia che non aveva importanza”.

Merminga ritiene quindi che i programmi di fisica riservati alle ragazze potrebbero aiutare le ragazze a sentirsi più autorizzate a studiare l'argomento. Ma secondo lei abbiamo bisogno di una soluzione su più fronti che affronti anche le questioni pratiche che le persone affrontano nel corso della loro carriera. Il Fermilab, ad esempio, dispone di un asilo nido in loco che consente ai genitori di concentrarsi più facilmente sul proprio lavoro.

Un altro fattore importante è ovviamente l’aumento della visibilità delle donne in materia. Merminga nota che questo le è stato utile, essendo stata ispirata dalla sua insegnante di fisica quando era a scuola, e poi più tardi da Helen Edwards, la fisica principale nella costruzione del Tevatron. "Vedere qualcuno in azione è molto potente", dice.

Fortunatamente, la situazione è migliorata ulteriormente negli ultimi anni. Dal 2016, il fisico sperimentale delle particelle Fabiola Gianotti è stata direttore generale del CERN, anche la prima donna a ricoprire quella carica. Con Merminga che prende il timone del Fermilab, due dei lavori di più alto profilo nel campo della fisica sono ora occupati da donne. Quindi, anche se c’è ancora del lavoro da fare, questo sembra un traguardo significativo.

Formulare il futuro

Sebbene Merminga abbia già guidato progetti e programmi importanti in passato, dirigere un istituto così grande come il Fermilab rappresenta per lei una nuova sfida, poiché la scala più ampia significa maggiore complessità. Ma crede che i principi fondamentali della leadership e della gestione di una grande entità scientifica rimangano gli stessi.

“È importante avere una visione chiara”, afferma, “ed essere in grado di articolarla a ogni dipendente; avere un piano per realizzare quella visione; e di ritenere me stesso e tutti gli altri responsabili di realizzarlo.

Allora qual è la visione di Merminga per il Fermilab? Questo è qualcosa che sta ancora formulando, avendo appena preso il controllo, ed è desiderosa di considerare molte prospettive. Una delle prime azioni che ha intrapreso ad aprile è stata quella di intraprendere un “tour di ascolto”, per ascoltare i dipendenti del laboratorio e la comunità di utenti del Fermilab. Mentre i dettagli sono ancora in fase di elaborazione, descrive a grandi linee la sua ambizione per il Fermilab: “guidare il mondo nella fisica delle particelle e nella scienza, tecnologia e innovazione degli acceleratori, sostenuto da una forza lavoro diversificata e di livello mondiale; da operazioni e sistemi aziendali eccellenti e robusti; da una strategia universitaria sostenibile integrata con la nostra missione; e attraverso partenariati duraturi e abilitanti, regionali, nazionali e internazionali”.

Riflettendo sulla sua carriera, dice di avere molti sentimenti all'idea di diventare direttrice dell'istituto dove ha iniziato a occuparsi di scienza degli acceleratori. “Lo riassumerò in due parole: profonda gratitudine”, dice. “Ho avuto il privilegio di essere qui come studente laureato, facendo esperimenti con alcuni dei migliori fisici del mondo e con il collisore più avanzato che esisteva all'epoca. Quanto si può essere fortunati? Mi viene in mente la poesia "Itaca" del poeta greco Costantino Kavafis. Scrive 'Itaca ti ha regalato un viaggio meraviglioso'”. Forse questo ispira un lato più personale della sua missione di direttrice, poiché sottolinea che ora vuole offrire ad altri giovani scienziati opportunità simili. E oltre a ripagarlo, vuole onorare l’eredità delle precedenti generazioni di fisici e degli ex direttori del Fermilab.

Provo responsabilità, gratitudine e molto ottimismo sul fatto che possiamo continuare su questa traiettoria

Lia Merminga

Guardando indietro, sembra fortuito che uno di quegli ex registi, Leon Lederman, sia sullo sfondo della foto che ritrae lo zio di Merminga. "Siamo sulle spalle dei giganti", afferma. “Sento la grande responsabilità di continuare la tradizione del Fermilab come grande istituzione riconosciuta in tutto il mondo per l’innovazione e le scoperte rivoluzionarie. Sento responsabilità, gratitudine e molto ottimismo sul fatto che possiamo continuare su questa strada”.