ליה מרמינגה: בימוי העתיד של פרמילב

ליה מרמינגה זה עתה תפס מעטפת מרכזית בעולם המדעי. באפריל, פיזיקאי המאיץ הנודע נכנס לתפקיד המנהל של מעבדת האצה הלאומית של פרמי (Fermilab) - אחד ממרכזי המחקר האיקוניים ביותר בעולם לפיזיקת חלקיקים. להגיע לתפקיד העליון הזה הוא הישג מונומנטלי, ומרמינגה משקפת את הדרך שהובילה אותה להיות ראש המכון שבו התחיל המסע שלה בפיזיקה מאיץ לראשונה.

למרמינגה, שגדלה בארץ הולדתה, יוון, שם נולדה ב-1960, הייתה החלטת ילדות לעסוק במדע. ואכן, אחת ההשראות המוקדמות שלה הייתה לשמוע את משפחתה מספרת סיפורים על דודה, ג'ורג' דוסמניס, בעל תואר דוקטור בפיזיקה מ קולומביה. "הוא היה אגדי במשפחה שלי", היא נזכרת. "יש לי תמונה מרתקת שלו כסטודנט לתואר שני עם [פיזיקאים זוכי פרס נובל] ליאון לידרמן ו טסונג-דאו לי ברקע." התעניינותו של מרמינגה במדע התגברה עוד יותר על ידי ביוגרפיה של מארי קירי, אותה קראה בגיל 13, ומורה מצוינת לפיזיקה שהיתה לה בבית הספר התיכון. "הרגשתי שאלה חיים ששווה לחיות", היא אומרת, "להתמסר למדע עם מטרה כל כך ייחודית, לקדם ידע ולהשפיע עצומה על החברה".

לאחר סיום בית הספר, מרמינגה המשיכה ללמוד פיזיקה ב- אוניברסיטת אתונה. בשנה השלישית שלה, המנחה שלה היה פרופסור לפיזיקת חלקיקים תיאורטית, ומרמינגה החליטה שזהו הענף של המדע שהיא רוצה להיכנס אליו. "זה לא נעשה יותר עמוק מזה", היא מסבירה, "רק להבין את המרכיבים והאינטראקציות הבסיסיות ביותר של החומר."

היא שמה את כוונתה על לימודים לתואר שני ב- אוניברסיטת מישיגן אן ארבור, ארה"ב, מתוך כוונה ללמוד פיזיקת חלקיקים תיאורטית. הבקשה של מרמינגה הצליחה, ובשנת 1983 היא עברה ברחבי העולם כדי ללכת בעקבות חלומותיה האקדמיים.

מרמינגה לקחה קורסים ועשתה כמה פרויקטי מחקר בדיסציפלינה שבחרה. אבל בסופו של דבר היא גילתה שפיזיקה תיאורטית של החלקיקים לא הייתה משמחת כפי שדמיינת, בשל טווחי הזמן הארוכים בין פיתוח תיאוריה לבין היכולת לבדוק אותה בניסוי. לאחר שלמדה על תכנית סטודנטים לתארים מתקדמים במדעי האקסלרטור בפרמילב, היא ביקרה במכון המחקר בפעם הראשונה. זה התברר כרגע מרכזי בקריירה שלה.

מאיץ מדע

מאיצי חלקיקים מניעים אלומות של חלקיקים טעונים - מפרוטונים ואלקטרונים ליונים - במהירויות גבוהות מאוד, הקרובות לזו של האור. מדע האקסלרטור מתמקד בתכנון, הפעלה ואופטימיזציה של מכונות ענק אלו כדי לאפשר פיזיקת חלקיקים ותחומים מדעיים רבים אחרים. חוקרים עובדים כל הזמן על שיפור היכולת שלנו לשלוט ולכוון אלומות, במקום פשוט להסתכל על התוצאות של התנגשויות.

"לוחות הזמנים של הניסויים האלה קצרים בהרבה מאשר בפיזיקה של החלקיקים", מסביר מרמינגה. "זה משך אותי. יכולתי לפתח תיאוריות ולבדוק אותן ולקבל תוצאות מיידיות יותר". אז היא הצטרפה לתוכנית הדוקטורט בפרמילב, ועבדה על טבתרון – מתנגש האנרגיה הגבוה ביותר בעולם באותה תקופה.

כדי לייעל התנגשויות, חשוב להיות מסוגל לחזות ולשלוט בקרן החלקיקים במנהרת המתנגש, במיוחד בנוכחות השפעות לא ליניאריות שנחקרו היטב. עבור פרויקט הדוקטורט שלה, מרמינגה השתמשה בפורמליזם תיאורטי ובנתונים ניסיוניים מה-Tevatron כדי לחקור כיצד דינמיקת האלומה הגיבה למערכת המגנטית המשמשת לנווט ולמיקוד שלה, במיוחד כאשר אי-לינאריות הפכה לגורם מגביל מפתח לביצועים. עבודתה הודיעה על העיצוב של Superconducting Super Collider, שתוכנן באותה עת.

לאחר שסיימה את הדוקטורט שלה - והפכה לסטודנטית השנייה בלבד שסיימה באותה תקופה את התוכנית הספציפית הזו - מרמינגה הלכה לעבוד ב- מרכז המאיץ הליניארי של סטנפורד (SLAC). מאז, היא עשתה קריירה למומחית במספר תחומים של מדעי המאיץ. ואכן, היא מילאה כמה תפקידי מנהיגות, כולל ראש חטיבת האקסלרטור ב טריומף, מרכז מאיצי החלקיקים של קנדה.

סדרי עדיפויות בפרויקט

בזמן שמרמינגה התקדמה בקריירה שלה, גם פרמילב השתנתה. בשנת 2011, לאחר כמעט 30 שנה של התנגשות בין פרוטונים ואנטי-פרוטונים, נסגר הטבטרון. זה סימן שינוי משמעותי במיקוד המעבדה הרחק מניסויים באנרגיה גבוהה. חלק מהרציונל מאחורי השינוי הזה הגיע מהאופי הבינלאומי של פיזיקת החלקיקים - מכיוון שלאף מדינה אחת אין את היכולת לבצע את כל הניסויים, הגיוני שמתקני המחקר הגדולים יחקרו תחומים שונים.

על ידי 2011, CERN"S Large Hadron Collider היה פעיל באנרגיות גבוהות יותר מהטבעטרון; אז פרמילב ראה את ההזדמנות לקחת את ההובלה בניסויים בעצימות גבוהה במקום זאת. האחרונים חשובים במיוחד לחקר ניטרינו; לחלקיקים הזעירים הללו יש שיעורי אינטראקציה נמוכים ביותר, כך שכדי לצפות באירועים כאלה חיוני ליצור כמויות אדירות שלהם.

בשנת 2015, כדי לתמוך בניסויים חדשים, פרמילאב החלה לבנות את תוכנית לשיפור פרוטונים-II (PIP-II), ומרמינגה חזרה אליה אלמה מאטר להוביל את הפרויקט. PIP-II הוא מאיץ לינארי באורך 215 מ' אשר ישמש את הלב של מתחם המאיצים החדש של Fermilab ויתרום למספר רב של ניסויים חדשים. אחת המטרות העיקריות של PIP-II היא ליצור את האלומה האינטנסיבית ביותר של נויטרינו בעולם, על ידי שיגור אלומת הפרוטונים האינטנסיבית שלו אל מטרה גרפיט. הניטרינו הללו יישלחו דרך השניים ניסוי ניוטרינו תת-קרקעי עמוק גלאי (DUNE), שנמצאים כעת בבנייה - אחד ב-Fermilab והשני במרחק של 1300 ק"מ משם בדקוטה הדרומית.

הסיבה לממוקם כל כך רחוק היא שהניטרינו מגיעים בשלושה "טעמים" - אלקטרונים, מיאון וטאו - והם מציגים את ההתנהגות המוזרה של "נדנוד" בין הסוגים הללו בזמן שהם מטיילים. המרחק הגדול בין שני הגלאים מגביר את רגישותם לתנודות אלו, כאשר להתנהגות זו עשויות להיות השלכות עמוקות על היקום כולו. פיזיקאים חושבים שאולי יש הבדל באופן שבו ניטרינו ואנטי-נייטרינו מתנדנדים בין הטעמים שלהם, מה שמעיד על הפרה של סימטריית חומר-אנטי-חומר (הפרת C-P) ופיזיקה מעבר למודל הסטנדרטי. הבדל כזה עשוי אפילו להיות המפתח מדוע יש יותר חומר מאנטי-חומר ביקום - תנאי מכריע לקיומנו שלנו.

אשמח לראות את DUNE יגיע לתשובה המוחלטת לתנודות ניטרינו והפרת C–P כמה שיותר מהר כי זה קשור לאסימטריה של חומר אנטי-חומר, ולמה אנחנו בכלל כאן

ליה מרמינגה

אז מרמינגה מקווה שמחקרי הניטרינו המופעלים על ידי PIP-II ישפכו אור על השאלה הגדולה הזו. "אני אשמח לראות את DUNE מגיע לתשובה המוחלטת לתנודות נייטרינו ולהפרת C–P כמה שיותר מהר", היא אומרת, "כי זה קשור לאסימטריה של חומר-אנטי-חומר, ולמה אנחנו בכלל כאן".

מרמינגה מתרגשת גם מהטכנולוגיה הנלווית, כמו טכנולוגיית תדרי רדיו מוליכים-על (SRF) - שבה פרמילאב היא מובילה עולמית - והיא מעוניינת לראות עד כמה המכון יכול לדחוף את הגבולות שם. SRF משפר את ביצועי המאיץ על ידי הימנעות מאובדן אנרגיה המתרחש בדרך כלל באמצעות התנגדות לזרמים בדפנות המאיץ. המבנים של PIP-II יהיו עשויים מניוביום מוליך-על ומקוררים ל-2 K כדי לנצל את התכונה הזו.

כעת, כשהיא מנהלת את Fermilab בכללותה, ולא של PIP-II ספציפית, מרמינגה לא תהיה מעורבת בזה ממש כמו שהייתה קודם לכן, אבל היא מתכוונת לעקוב אחר התקדמותו ונשארת נלהבת מהפרויקט . "כשזה יסתיים הוא ישמש עוד 50 שנה על ידי דורות שיבואו אחרי", היא אומרת. "זה חזק לתרום למשהו בעל ערך מתמשך."

חלוץ

בעוד שהידע המדעי מתקדם, כך גם העולם הסובב אותו. אולי העובדה שפרמילאב מנוהלת על ידי אישה בפעם הראשונה היא עדות לשינויים האלה. באופן אישי, מרמינגה לא מרגישה שהמין שלה היווה מכשול בקריירה שלה, והיא מדגישה את כוחה של מיומנות טכנית.

"כשאני האישה היחידה בחדר", היא מסבירה, "אם אתן את התשובות הנכונות או שיש לי את התובנות הנכונות, הם יפסיקו לחשוב עלי כאישה ולהתמקד במה שאני תורמת. כך התמודדתי עם זה בקריירה שלי. תהיה טוב מאוד במה שאתה עושה והם יצטרכו להקשיב לך במוקדם או במאוחר". עם זאת, היא מאמינה שתת-הייצוג של נשים בפיזיקה צריך להשתנות, והוסיפה שצוותים הרבה יותר משפיעים ויעילים כאשר יש להם נקודות מבט מגוונות יותר להסתמך עליהן.

מרמינגה מייחסת הרבה מהביטחון שלה בכך שלמדה בבית ספר לבנות בלבד, ומציינת שבנים יכולים לפעמים להיות אסרטיביים יותר. "עד שהייתי בת 18 הייתי בסביבה קצת מוגנת", היא אומרת. "זה עזר לי לבנות אמון בעצמי. כשהלכתי לאוניברסיטה, רק 10% מהסטודנטים היו נשים, אבל עד אז בניתי מספיק ביטחון שזה לא משנה”.

לכן מרמינגה מאמינה שתכניות פיזיקה לבנות בלבד יכולות לעזור לבנות להרגיש מועצמות יותר ללמוד את הנושא. אבל היא אומרת שאנחנו צריכים פתרון רב-צדדי שיתייחס גם לבעיות המעשיות שאנשים מתמודדים איתם במהלך הקריירה שלהם. לפרמילאב, למשל, יש מעונות יום במקום המאפשרים להורים להתמקד בעבודה שלהם ביתר קלות.

גורם מרכזי נוסף הוא כמובן הגברת הנראות של נשים בנושא. מרמינגה מציינת שזה היה מועיל עבורה, לאחר שקיבלה השראה מהמורה שלה לפיזיקה כשהיא למדה בבית הספר, ולאחר מכן על ידי הלן אדוארדס, הפיזיקאית הראשית בבניית הטבטרון. "לראות מישהו בפעולה זה מאוד חזק", היא אומרת.

למרבה המזל, זה השתפר עוד יותר בשנים האחרונות. מאז 2016, פיזיקאי החלקיקים הניסיוני פביולה ג'יאנוטי הייתה המנכ"לית של CERN, גם האישה הראשונה שכיהנה בתפקיד זה. כשמרמינגה תפסה את ההגה ב-Fermilab, שתיים מהמשרות הידועות ביותר בפיזיקה תופסות כעת על ידי נשים. אז למרות שיש עדיין עבודה לעשות, זה מרגיש כמו אבן דרך משמעותית.

ניסוח העתיד

למרות שמרמינגה הובילה פרויקטים ותוכניות גדולות בעבר, ניהול מכון כה גדול כמו פרמילב הוא אתגר חדש עבורה, שכן קנה המידה הגדול יותר פירושו מורכבות נוספת. אבל היא מאמינה שעקרונות היסוד של מנהיגות וניהול ישות מדעית גדולה נשארים זהים.

"חשוב שיהיה חזון ברור", היא אומרת, "ולהצליח לבטא אותו לכל עובד; להיות בעל תוכנית למימוש החזון הזה; ולהטיל על עצמי ועל כל השאר דין וחשבון לקיים את זה".

אז מה החזון של מרמינגה לגבי פרמילב? זה משהו שהיא עדיין מגבשת, לאחר שהשתלטה זה עתה, והיא מעוניינת לשקול הרבה נקודות מבט. אחת הפעולות הראשונות שעשתה באפריל הייתה לצאת ל"סיור האזנה", לשמוע מעובדי המעבדה ומקהילת המשתמשים של פרמילב. בעוד שהפרטים הספציפיים עדיין בעבודות, היא מתארת ​​את קווי השאיפה הרחבים שלה לפרמילב היא שהיא "תוביל את העולם בפיזיקה של חלקיקים ובמדע, טכנולוגיה וחדשנות מאיצים, בבסיס כוח עבודה מגוון וברמה עולמית; על ידי תפעול ומערכות עסקיות מצוינות וחזקות; על ידי אסטרטגיית קמפוס בת קיימא המשולבת עם המשימה שלנו; ועל ידי מתמשך ומאפשר שותפויות, אזוריות, לאומיות ובינלאומיות."

כשהיא משקפת את הקריירה שלה, היא אומרת שיש לה רגשות רבים לגבי הפיכתה למנהלת המכון שבו התחילה לראשונה במדעי האקסלרטור. "אני אסכם את זה בשתי מילים: הכרת תודה עמוקה", היא אומרת. "זכיתי מאוד להיות כאן כסטודנט לתואר שני, לעשות ניסויים עם כמה מהפיזיקאים הטובים בעולם ועם המתנגש המתקדם ביותר שהיה קיים באותה תקופה. איזה מזל אפשר להיות? השיר 'איתקה' מאת המשורר היווני קונסטנטין קוואפי עולה בראש. הוא כותב 'איתקה נתנה לך את המסע המופלא'." אולי זה מעורר פן אישי יותר במשימתה כמנהלת, שכן היא מדגישה שהיא רוצה כעת לתת למדענים צעירים אחרים הזדמנויות דומות. ובנוסף לשלם את זה קדימה, היא רוצה לכבד את המורשת של הדורות הקודמים של פיזיקאים ושל המנהלים לשעבר של פרמילב.

אני מרגיש אחריות והכרת תודה, והרבה אופטימיות שנוכל להמשיך במסלול הזה

ליה מרמינגה

במבט לאחור, זה נראה מופרך שאחד מאותם במאים לשעבר, ליאון לדרמן, נמצא ברקע התמונה המציגה את דודה של מרמינגה. "אנחנו עומדים על כתפי ענקים", היא אומרת. "אני מרגיש אחריות גדולה להמשיך את המסורת של פרמילב להיות המוסד הגדול הזה המוכר ברחבי העולם בזכות חדשנות וגילויים פורצי דרך. אני מרגיש אחריות והכרת תודה והרבה אופטימיות שנוכל להמשיך במסלול הזה".