Lia Merminga: Fermilab의 미래를 이끌다

리아 메르밍가 이제 막 과학계에서 중요한 자리를 차지했습니다. 지난 XNUMX월, 저명한 가속기 물리학자 이사로 취임 의 페르미 국립 가속기 연구소 (Fermilab) – 세계에서 가장 상징적인 입자 물리학 연구 센터 중 하나입니다. 최고 자리에 오른 것은 기념비적인 성취이며 Merminga는 자신이 가속기 물리학 분야의 여정을 처음 시작한 연구소의 책임자가 되기까지의 과정을 되돌아봅니다.

1960년에 태어난 고국 그리스에서 자란 Merminga는 어린 시절부터 과학을 추구하겠다는 결심을 갖고 있었습니다. 실제로 그녀에게 가장 초기에 영감을 준 것 중 하나는 대학에서 물리학 박사 학위를 취득한 삼촌 George Dousmanis에 대한 가족의 이야기를 듣는 것이었습니다. Columbia University. “그는 우리 가족에게 전설적인 인물이었습니다.”라고 그녀는 회상합니다. “그가 [노벨상 수상 물리학자들]과 대학원생으로 함께 찍은 멋진 사진이 있어요. 레온 레더만 및 이성다오 백그라운드에서." 과학에 대한 Merminga의 관심은 다음의 전기를 통해 더욱 활성화되었습니다. 마리 퀴리, 그녀가 13세에 읽은 책이자 중등학교 때 훌륭한 여물리 교사가 있었습니다. “저는 이것이 살 가치가 있는 삶이라고 느꼈습니다.”라고 그녀는 말합니다. “단일한 목적으로 과학에 헌신하고 지식을 발전시키며 사회에 큰 영향을 미치는 것입니다.”

학교를 마친 후 Merminga는 대학에서 물리학을 공부했습니다. 아테네 대학교. XNUMX학년 때, 그녀의 논문 지도교수는 이론입자물리학 교수였고, Merminga는 이것이 그녀가 가고 싶은 과학 분야라고 결정했습니다. 그녀는 “물질의 가장 기본적인 구성 요소와 상호 작용을 이해하는 것보다 더 심오한 것은 없습니다”라고 설명합니다.

그녀는 대학원 진학을 목표로 삼았습니다. 미시간 대학교 앤아버, 미국, 이론 입자 물리학을 연구하려는 의도로. Merminga의 지원은 성공적이었으며 1983년에 그녀는 학문적 꿈을 따르기 위해 전 세계로 이주했습니다.

Merminga는 자신이 선택한 분야에서 강좌를 수강하고 몇 가지 연구 프로젝트를 수행했습니다. 그러나 결국 그녀는 이론을 개발하고 이를 실험적으로 테스트할 수 있기까지의 긴 시간 때문에 이론 입자 물리학이 자신이 상상했던 것만큼 만족스럽지 않다는 것을 발견했습니다. 페르미연구소에서 가속기과학 대학원 과정을 배운 후 처음으로 연구소를 방문했다. 이것은 그녀의 경력에 ​​있어서 중요한 순간으로 판명되었습니다.

과학 가속화

입자 가속기는 양성자와 전자에서 이온에 이르기까지 전하를 띤 입자의 빔을 빛에 가까운 매우 빠른 속도로 추진합니다. 가속기 과학은 입자 물리학 및 기타 여러 과학 분야를 활성화하기 위해 이러한 거대한 기계를 설계, 운영 및 최적화하는 데 중점을 둡니다. 연구자들은 단순히 충돌 결과를 관찰하는 것이 아니라 광선을 제어하고 방향을 지정하는 능력을 향상시키기 위해 끊임없이 노력하고 있습니다.

Merminga는 "이러한 실험의 기간은 입자 물리학보다 훨씬 짧습니다."라고 설명합니다. “그게 마음에 들었어요. 이론을 개발하고 테스트하여 더 즉각적인 결과를 얻을 수 있었습니다.” 그래서 그녀는 Fermilab의 박사 과정에 합류하여 테바트론 – 당시 세계에서 가장 높은 에너지를 가진 충돌기.

충돌을 최적화하려면 특히 잘 연구되지 않은 비선형 효과가 있는 경우 충돌기 터널의 입자 빔을 예측하고 제어할 수 있는 것이 중요합니다. PhD 프로젝트에서 Merminga는 Tevatron의 이론적인 형식과 실험 데이터를 사용하여 빔 역학이 빔 역학이 방향을 바꾸고 초점을 맞추는 데 사용되는 자기 시스템에 어떻게 반응하는지 연구했습니다. 특히 비선형성이 성능의 주요 제한 요소가 된 경우에 그렇습니다. 그녀의 작업은 당시 계획 중이던 초전도 슈퍼 충돌기(Superconducting Super Collider)의 설계에 영향을 미쳤습니다.

박사 학위를 마친 후(당시 특정 프로그램을 졸업한 두 번째 학생이 됨) Merminga는 스탠포드 선형가속기센터 (SLAC). 그 이후로 그녀는 가속기 과학의 다양한 분야에서 전문가가 되는 데 경력을 쌓았습니다. 실제로 그녀는 액셀러레이터 부문 책임자를 포함하여 여러 리더십 역할을 맡았습니다. 승리, 캐나다의 입자 가속기 센터.

프로젝트 우선순위

Merminga가 경력을 쌓는 동안 Fermilab도 변화하고 있었습니다. 양성자와 반양성자가 충돌한 지 거의 2011년이 지난 30년에 Tevatron은 폐쇄되었습니다. 이는 실험실의 초점이 고에너지 실험에서 벗어나는 중요한 변화를 의미했습니다. 이러한 변화의 이유 중 일부는 입자물리학의 국제적 특성에서 비롯되었습니다. 단일 국가가 모든 실험을 수행할 수 있는 능력을 갖고 있지 않기 때문에 대규모 연구 시설이 다양한 분야를 조사하는 것이 합리적입니다.

2011함으로써, CERN의 대형 Hadron Collider Tevatron보다 더 높은 에너지로 가동되고 있었습니다. 그래서 Fermilab은 대신 고강도 실험에서 주도권을 잡을 수 있는 기회를 보았습니다. 후자는 중성미자를 연구하는 데 특히 중요합니다. 이 작은 입자는 상호작용 속도가 극히 낮기 때문에 그러한 사건을 관찰하려면 엄청난 양의 입자를 생성하는 것이 필수적입니다.

2015년에 새로운 실험을 지원하기 위해 Fermilab은 양성자 개선 계획-II (PIP-II), 그리고 Merminga는 그녀에게 돌아왔습니다. 알마 이터 프로젝트를 이끌게 됩니다. PIP-II는 Fermilab의 새로운 가속기 단지의 핵심 역할을 하고 여러 가지 새로운 실험에 기여할 215m 길이의 선형 가속기입니다. PIP-II의 주요 목표 중 하나는 강력한 양성자 빔을 흑연 표적에 발사하여 세계에서 가장 강력한 중성미자 빔을 생성하는 것입니다. 이 중성미자는 두 경로를 통해 전송됩니다. 깊은 지하 중성미자 실험 (DUNE) 탐지기는 현재 건설 중입니다. 하나는 Fermilab에 있고 다른 하나는 1300km 떨어진 사우스 다코타에 있습니다.

이렇게 멀리 위치하는 이유는 중성미자가 전자, 뮤온, 타우의 세 가지 "맛"을 갖고 있으며 이동하면서 이러한 유형 사이에서 "진동"하는 이상한 동작을 보이기 때문입니다. 두 탐지기 사이의 거리가 멀면 진동에 대한 민감도가 높아지며, 이 동작은 잠재적으로 우주 전체에 심오한 영향을 미칠 수 있습니다. 물리학자들은 중성미자와 반중성미자가 맛 사이에서 진동하는 방식에 차이가 있을 수 있다고 생각합니다. 이는 물질-반물질 대칭(C-P 위반) 및 표준 모델을 넘어서는 물리학의 위반을 나타냅니다. 이러한 차이는 우주에 반물질보다 물질이 더 많은 이유, 즉 우리 존재의 결정적인 조건을 설명하는 열쇠일 수도 있습니다.

나는 DUNE이 중성미자 진동과 C-P 위반에 대한 확실한 답을 가능한 한 빨리 찾는 것을 보고 싶습니다. 이는 물질-반물질 비대칭성과 관련이 있고 우리가 여기에 있는 이유이기 때문입니다.

리아 메르밍가

따라서 Merminga는 PIP-II에 의한 중성미자 연구가 이 큰 질문에 대한 해답을 제공할 수 있기를 희망합니다. "나는 DUNE이 중성미자 진동과 C-P 위반에 대한 확실한 답을 가능한 한 빨리 얻는 것을 보고 싶습니다. 왜냐하면 그것은 물질-반물질 비대칭성과 관련이 있고 우리가 여기에 있는 이유이기 때문입니다."라고 그녀는 말합니다.

Merminga는 또한 Fermilab이 세계적인 선두주자인 초전도 무선 주파수(SRF) 기술과 같은 관련 기술에 흥미를 갖고 있으며 연구소가 한계를 어디까지 확장할 수 있는지 알고 싶어합니다. SRF는 가속기 벽의 전류에 대한 저항을 통해 일반적으로 발생하는 에너지 손실을 방지하여 가속기 성능을 향상시킵니다. PIP-II의 구조는 초전도 니오븀으로 만들어지며 이 특성을 활용하기 위해 2K로 냉각됩니다.

이제 그녀는 구체적으로 PIP-II가 아닌 Fermilab 전체의 이사이므로 Merminga는 전처럼 이 일에 밀접하게 관여하지는 않지만 진행 상황을 따라잡을 계획이며 프로젝트에 대한 열정을 유지하고 있습니다. . “그것이 완성되면 내 다음 세대가 앞으로 50년 동안 사용할 것입니다.”라고 그녀는 말합니다. “지속적인 가치를 지닌 무언가에 기여하는 것은 강력합니다.”

선구자

과학 지식이 발전하는 동안 주변 세계도 발전하고 있습니다. 아마도 페르미연구소가 처음으로 여성이 이끄는 사실은 그러한 변화를 반증하는 것일 것이다. 개인적으로 Merminga는 자신의 성별이 자신의 경력에 ​​장애가 된다고 생각하지 않으며 기술적 숙련도의 힘을 강조합니다.

“내가 방에 있는 유일한 여성일 때, 내가 올바른 대답을 하거나 올바른 통찰력을 갖고 있다면 그들은 나를 여성으로 생각하는 것을 멈추고 내가 기여하는 것에 집중할 것입니다. 이것이 제가 경력을 쌓으면서 이 문제를 처리한 방식입니다. 당신이 하는 일을 아주 잘 하세요. 그러면 그들이 조만간 당신의 말을 들어야 할 것입니다.” 그럼에도 불구하고 그녀는 물리학 분야에서 여성이 과소 대표되는 상황이 바뀌어야 한다고 믿으며 팀이 더 다양한 관점을 활용할 때 훨씬 더 영향력 있고 효과적이라고 덧붙였습니다.

Merminga는 자신의 자신감이 여학교에 다닌 덕분이라고 말하며 남학생들이 때때로 더 적극적일 수 있다고 지적합니다. “18살이 될 때까지 저는 약간 보호받는 환경에 있었습니다.”라고 그녀는 말합니다. “그것은 나 자신에 대한 자신감을 키우는 데 도움이 되었습니다. 제가 대학에 갔을 때는 학생의 10%만이 여성이었지만 그때쯤에는 그것이 문제가 되지 않을 만큼 충분한 자신감을 갖게 되었습니다.”

따라서 Merminga는 여학생 전용 물리학 프로그램이 여학생들이 해당 과목을 공부할 수 있는 힘을 더 많이 느끼는 데 도움이 될 수 있다고 믿습니다. 그러나 그녀는 사람들이 경력 전반에 걸쳐 직면하는 실질적인 문제를 해결하는 다각적인 솔루션이 필요하다고 말합니다. 예를 들어 Fermilab에는 부모가 보다 쉽게 ​​업무에 집중할 수 있도록 현장 보육 시설이 있습니다.

또 다른 주요 요인은 물론 주제에서 여성의 가시성을 높이는 것입니다. Merminga는 이것이 그녀에게 도움이 되었다고 말합니다. 그녀는 학교에 다닐 때 여성 물리학 교사로부터 영감을 받았고 나중에는 Tevatron 건설의 수석 물리학자인 Helen Edwards로부터 영감을 받았습니다. “누군가가 행동하는 모습을 보는 것은 매우 강력합니다.”라고 그녀는 말합니다.

다행히 최근 몇 년 동안 이러한 현상이 더욱 개선되었습니다. 2016년부터 실험입자물리학자 파비올라 지아 노티 CERN의 사무총장이었으며, 이 직책을 맡은 최초의 여성이기도 합니다. Merminga가 Fermilab의 책임자가 되면서 물리학계에서 가장 주목받는 두 가지 직업이 이제 여성이 차지하게 되었습니다. 따라서 아직 해야 할 일이 남아 있지만 이는 중요한 이정표처럼 느껴집니다.

미래를 공식화하다

Merminga는 이전에 주요 프로젝트와 프로그램을 이끌었지만 Fermilab과 같은 대규모 연구소를 이끄는 것은 그녀에게 새로운 도전입니다. 그러나 그녀는 리더십과 대규모 과학 단체 관리의 기본 원칙은 동일하게 유지된다고 믿습니다.

그녀는 “명확한 비전을 갖고 이를 모든 직원에게 명확하게 설명할 수 있는 것이 중요합니다. 그 비전을 실현하기 위한 계획을 세우는 것입니다. 나 자신과 다른 모든 사람이 이를 이행할 책임을 져야 합니다.”

그렇다면 Fermilab에 대한 Merminga의 비전은 무엇입니까? 이것은 그녀가 이제 막 인수한 이후에도 여전히 공식화하고 있는 것이며, 그녀는 많은 관점을 고려하고 싶어합니다. 그녀가 XNUMX월에 취한 첫 번째 조치 중 하나는 연구실 직원과 Fermilab 사용자 커뮤니티의 의견을 듣기 위한 "청취 투어"를 시작하는 것이었습니다. 구체적인 내용은 아직 작업 중이지만, 그녀는 Fermilab에 대한 야망의 큰 목표는 “다양하고 세계적 수준의 인력에 의해 뒷받침되는 입자 물리학 및 가속기 과학, 기술 및 혁신 분야에서 세계를 선도하는 것”이라고 설명합니다. 우수하고 견고한 운영 및 비즈니스 시스템을 통해; 우리의 사명과 통합된 지속 가능한 캠퍼스 전략을 통해; 그리고 지역적, 국가적, 국제적 파트너십을 지속하고 활성화함으로써 가능합니다.”

그녀는 자신의 경력을 되돌아보며 처음으로 가속기 과학을 시작한 연구소의 소장이 된 것에 대해 많은 감정을 느꼈다고 말합니다. “저는 그것을 두 단어로 요약하겠습니다. 깊은 감사입니다.”라고 그녀는 말합니다. “저는 대학원생으로 이곳에 와서 세계 최고의 물리학자들과 당시 존재했던 가장 발전된 충돌기를 이용해 실험을 할 수 있었던 것을 매우 영광으로 생각했습니다. 얼마나 행운을 얻을 수 있습니까? 그리스 시인 콘스탄티누스 카바피의 시 '이타카'가 떠오른다. 그는 '이타카가 당신에게 놀라운 여정을 선사했습니다.'라고 썼습니다.” 아마도 이것은 그녀가 이제 다른 젊은 과학자들에게 비슷한 기회를 주고 싶다고 강조하면서 감독으로서의 사명의 보다 개인적인 측면에 영감을 줄 것입니다. 그리고 그녀는 앞으로의 비용을 지불하는 것 외에도 이전 세대의 물리학자들과 전 페르미 연구소 이사들의 유산을 기리고 싶어합니다.

저는 책임감과 감사함을 느끼며, 우리가 이 궤도를 계속 이어갈 수 있다는 많은 낙관론을 느낍니다.

리아 메르밍가

돌이켜보면 Merminga의 삼촌을 찍은 사진의 배경에 전 감독 중 한 명인 Leon Lederman이 있다는 것은 우연한 일인 것 같습니다. “우리는 거인의 어깨 위에 서 있습니다.”라고 그녀는 말합니다. “저는 혁신과 획기적인 발견으로 전 세계적으로 인정받는 훌륭한 기관인 Fermilab의 전통을 이어가야 한다는 큰 책임감을 느낍니다. 저는 책임감과 감사함을 느끼며, 우리가 이 궤도를 계속 이어갈 수 있다는 많은 낙관론을 느낍니다.”