Lia Merminga: regizorul viitorului Fermilab

Lia Merminga tocmai a preluat o manta importanta in lumea stiintifica. În aprilie, renumitul fizician accelerator a preluat funcția de director a Laboratorul Național Accelerator Fermi (Fermilab) – unul dintre cele mai emblematice centre de cercetare în fizica particulelor din lume. A ajunge la acel loc de muncă de top este o realizare monumentală, iar Merminga reflectă asupra drumului care a condus-o să devină șefa institutului unde a început călătoria ei în fizica acceleratoarelor.

Crescând în țara ei natală, Grecia, unde s-a născut în 1960, Merminga a avut hotărârea din copilărie să urmeze știința. Într-adevăr, una dintre primele ei inspirații a fost să-și audă familia spunând povești despre unchiul ei, George Dousmanis, care avea un doctorat în fizică de la Universitatea Columbia. „Era legendar în familia mea”, își amintește ea. „Am o fotografie fascinantă cu el ca student absolvent cu [fizicieni câștigători ai premiului Nobel] Leon Lederman și Tsung-Dao Lee in fundal." Interesul lui Merminga pentru știință a fost stimulat și mai mult de o biografie a lui Marie Curie, pe care a citit-o la vârsta de 13 ani, și o excelentă profesoară de fizică pe care a avut-o în liceu. „Am simțit că aceasta a fost o viață care merită trăită”, spune ea, „dedicându-se științei cu un scop atât de singular, promovând cunoașterea și având un impact uriaș asupra societății”.

După ce a terminat școala, Merminga a continuat să studieze fizica la Universitatea din Atena. În al treilea an, conducătorul ei de teză era profesor de fizica teoretică a particulelor, iar Merminga a decis că aceasta era ramura științei în care dorea să intre. „Nu devine mai profund decât atât”, explică ea, „înțelegerea celor mai fundamentale constituenți și interacțiuni ale materiei”.

Ea și-a pus ochii pe studii postuniversitare la Universitatea din Michigan Ann Arbor, SUA, cu intenția de a studia fizica teoretică a particulelor. Cererea lui Merminga a avut succes, iar în 1983 s-a mutat în întreaga lume pentru a-și urma visele academice.

Merminga a urmat cursuri și a făcut câteva proiecte de cercetare în disciplina aleasă. Dar, în cele din urmă, a descoperit că fizica teoretică a particulelor nu a fost atât de îmbucurătoare pe cât și-a imaginat ea, din cauza intervalelor lungi de timp dintre dezvoltarea unei teorii și posibilitatea de a o testa experimental. După ce a aflat despre un program de absolvenți în știința acceleratoarelor la Fermilab, ea a vizitat pentru prima dată institutul de cercetare. Acesta s-a dovedit a fi un moment esențial în cariera ei.

Accelerarea științei

Acceleratoarele de particule propulsează fascicule de particule încărcate – de la protoni și electroni la ioni – la viteze foarte mari, apropiate de cea a luminii. Știința acceleratorului se concentrează pe proiectarea, operarea și optimizarea acestor mașini uriașe pentru a permite fizica particulelor și multe alte domenii științifice. Cercetătorii lucrează în mod constant la îmbunătățirea capacității noastre de a controla și direcționa fasciculele, mai degrabă decât să privească pur și simplu rezultatul coliziunilor.

„Timpurile pentru aceste experimente sunt mult mai scurte decât în ​​fizica particulelor”, explică Merminga. „Asta m-a atras. Aș putea dezvolta teorii și să le testez și să obțin rezultate mai imediate.” Așa că s-a alăturat programului de doctorat la Fermilab, lucrând la Tevatron – cel mai mare ciocnitor de energie din lume la acea vreme.

Pentru a optimiza coliziunile, este important să putem prezice și controla fasciculul de particule din tunelul de coliziune, în special în prezența unor efecte neliniare nestudiate bine. Pentru proiectul ei de doctorat, Merminga a folosit formalisme teoretice și date experimentale de la Tevatron pentru a studia modul în care dinamica fasciculului a reacționat la sistemul magnetic folosit pentru a-l direcționa și focaliza, mai ales acolo unde neliniaritatea a devenit un factor cheie de limitare a performanței. Munca ei a informat proiectarea Superconductorului Super Collider, care era planificat la acea vreme.

După ce și-a terminat doctoratul – devenind doar a doua studentă care a absolvit acel program specific la acea vreme – Merminga a plecat să lucreze la Centrul de accelerare liniară Stanford (SLAC). De atunci, ea și-a petrecut o carieră devenind expertă în mai multe domenii ale științei acceleratoarelor. Într-adevăr, ea a ocupat mai multe roluri de conducere, inclusiv șef al diviziei de accelerare la TRIUMF, centrul de accelerare a particulelor din Canada.

Prioritățile proiectului

În timp ce Merminga progresa în cariera ei, și Fermilab se schimba. În 2011, după aproape 30 de ani de ciocnire de protoni și antiprotoni, Tevatron a fost oprit. Acest lucru a marcat o schimbare semnificativă în concentrarea laboratorului de la experimentele de înaltă energie. O parte din rațiunea din spatele acestei schimbări a venit din natura internațională a fizicii particulelor – deoarece nicio țară nu are capacitatea de a face toate experimentele, are sens ca marile unități de cercetare să investigheze diferite domenii.

Prin 2011, CERN'S Large Hadron Collider funcționa la energii mai mari decât Tevatronul; așa că Fermilab a văzut oportunitatea de a prelua conducerea în experimente de mare intensitate. Acestea din urmă sunt deosebit de importante pentru studierea neutrinilor; aceste particule minuscule au rate extrem de scăzute de interacțiune, așa că pentru a observa orice astfel de evenimente este esențial să se genereze cantități uriașe din ele.

În 2015, pentru a sprijini noi experimente, Fermilab a început să construiască Planul de îmbunătățire a protonilor-II (PIP-II), iar Merminga s-a întors la ea Alma Mater să conducă proiectul. PIP-II este un accelerator liniar lung de 215 m care va servi drept inima noului complex de acceleratori al Fermilab și va contribui la multiple experimente noi. Unul dintre obiectivele principale ale PIP-II este de a crea cel mai intens fascicul de neutrini din lume, prin lansarea fasciculului său intens de protoni într-o țintă de grafit. Acești neutrini vor fi trimiși prin cei doi Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE), care sunt în prezent în construcție – unul la Fermilab și celălalt la 1300 km distanță în Dakota de Sud.

Motivul pentru care sunt localizați atât de departe este că neutrinii vin în trei „arome” – electroni, muoni și tau – și prezintă comportamentul ciudat de „oscilare” între aceste tipuri în timp ce călătoresc. Distanța mare dintre cei doi detectoare crește sensibilitatea acestora la aceste oscilații, acest comportament având potențial implicații profunde pentru întregul univers. Fizicienii cred că ar putea exista o diferență în modul în care neutrinii și antineutrinii oscilează între aromele lor, ceea ce ar indica o încălcare a simetriei materie-antimaterie (încălcarea C-P) și fizică dincolo de Modelul standard. O astfel de diferență ar putea fi chiar cheia pentru care există mai multă materie decât antimaterie în univers – o condiție crucială pentru propria noastră existență.

Mi-ar plăcea să văd că DUNE ajunge la răspunsul definitiv la oscilațiile neutrinilor și la încălcarea C-P cât mai repede posibil, deoarece este legat de asimetria materie-antimaterie și de ce suntem chiar aici.

Lia Merminga

Așa că Merminga speră că studiile pe neutrini alimentate de PIP-II vor face lumină asupra acestei mari întrebări. „Mi-ar plăcea să văd că DUNE ajunge la răspunsul definitiv la oscilațiile neutrinilor și la încălcarea C–P cât mai repede posibil”, spune ea, „pentru că este legat de asimetria materie-antimaterie și de ce suntem chiar aici.”

Merminga este, de asemenea, entuziasmată de tehnologia asociată, cum ar fi tehnologia de radiofrecvență supraconductivă (SRF) – în care Fermilab este lider mondial – și este dornică să vadă cât de departe poate institutul să depășească limitele acolo. SRF îmbunătățește performanța acceleratorului prin evitarea pierderii de energie care apare în mod normal prin rezistența la curenți din pereții acceleratorului. Structurile PIP-II vor fi realizate din niobiu supraconductor și răcite la 2 K pentru a profita de această proprietate.

Acum că este director al Fermilab în ansamblu, mai degrabă decât al PIP-II în mod specific, Merminga nu va fi atât de strâns implicată în el ca înainte, dar intenționează să țină pasul cu progresul său și rămâne pasionată de proiect. . „Când va fi terminat, va fi folosit încă 50 de ani de generațiile care vin după mine”, spune ea. „Este puternic să contribui la ceva de valoare durabilă.”

Pioniera

În timp ce cunoștințele științifice au progresat, la fel a progresat și lumea din jur. Poate că faptul că Fermilab este condus de o femeie pentru prima dată este o dovadă a acestor schimbări. Personal, Merminga nu simte că genul ei a fost un obstacol în cariera ei și subliniază puterea competenței tehnice.

„Când sunt singura femeie dintr-o cameră”, explică ea, „dacă dau răspunsurile corecte sau am percepțiile potrivite, vor înceta să se mai gândească la mine ca o femeie și se vor concentra pe ceea ce contribuiesc. Așa m-am ocupat de asta în cariera mea. Fii foarte bun în ceea ce faci și ei vor trebui să te asculte mai devreme sau mai târziu.” Cu toate acestea, ea consideră că subreprezentarea femeilor în fizică trebuie să se schimbe, adăugând că echipele sunt mult mai de impact și mai eficiente atunci când au perspective mai diverse de care să se bazeze.

Merminga atribuie o mare parte din încrederea ei că a urmat o școală pentru fete, observând că băieții pot fi uneori mai aserți. „Până la 18 ani, am fost într-un mediu puțin protejat”, spune ea. „Asta m-a ajutat să am încredere în mine. Când am fost la universitate, doar 10% dintre studenți erau femei, dar până atunci îmi dobândisem suficientă încredere încât să nu mai conteze.”

Prin urmare, Merminga consideră că programele de fizică destinate doar fetelor le-ar putea ajuta pe fete să se simtă mai împuternicite să studieze subiectul. Dar ea spune că avem nevoie de o soluție pe mai multe direcții care să abordeze și problemele practice cu care se confruntă oamenii de-a lungul carierei. Fermilab, de exemplu, are o îngrijire de zi la fața locului, care le permite părinților să se concentreze mai ușor asupra locurilor de muncă.

Un alt factor major este, desigur, creșterea vizibilității femeilor în acest subiect. Merminga observă că acest lucru a fost de ajutor pentru ea, după ce a fost inspirată de profesoara ei de fizică când era la școală, iar mai târziu de Helen Edwards, fizicianul principal în construcția Tevatronului. „A vedea pe cineva în acțiune este foarte puternic”, spune ea.

Din fericire, acest lucru s-a îmbunătățit și mai mult în ultimii ani. Din 2016, fizicianul experimental al particulelor Fabiola Gianotti a fost director general al CERN, de asemenea, prima femeie care a ocupat această funcție. Odată cu Merminga preluând cârma la Fermilab, două dintre cele mai importante locuri de muncă din fizică sunt acum ocupate de femei. Deci, deși mai este de făcut, acest lucru pare o piatră de hotar semnificativă.

Formularea viitorului

Deși Merminga a mai condus proiecte și programe majore, conducerea unui institut atât de mare precum Fermilab este o nouă provocare pentru ea, deoarece scara mai mare înseamnă un plus de complexitate. Dar ea crede că principiile fundamentale ale conducerii și gestionării unei mari entități științifice rămân aceleași.

„Este important să ai o viziune clară”, spune ea, „și să o poți articula fiecărui angajat; să aibă un plan pentru a realiza acea viziune; și să mă trag pe mine și pe toți ceilalți la răspundere pentru a îndeplini asta.”

Deci, care este viziunea lui Merminga pentru Fermilab? Acesta este ceva pe care ea încă îl formulează, tocmai a preluat controlul și este dornică să ia în considerare o mulțime de perspective. Una dintre primele acțiuni pe care le-a întreprins în aprilie a fost să pornească într-un „tur de ascultare”, pentru a auzi de la angajații laboratorului și comunitatea de utilizatori ai Fermilab. În timp ce detaliile sunt încă în lucru, ea descrie că ambiția ei pentru Fermilab este ca acesta să „conducă lumea în fizica particulelor și știința, tehnologia și inovarea acceleratoarelor, susținute de o forță de muncă diversă și de clasă mondială; prin operațiuni și sisteme de afaceri excelente și robuste; printr-o strategie de campus sustenabilă integrată cu misiunea noastră; și prin durarea și facilitarea parteneriatelor, regionale, naționale și internaționale.”

Reflectând la cariera ei, ea spune că are multe sentimente despre a deveni director al institutului unde a început pentru prima dată în știința acceleratoarelor. „Voi rezuma în două cuvinte: recunoștință profundă”, spune ea. „Am fost foarte privilegiat să fiu aici ca student la licență, făcând experimente cu unii dintre cei mai buni fizicieni din lume și cu cel mai avansat colisionator care exista la acea vreme. Cât de norocos poate avea cineva? Îmi vine în minte poezia „Ithaca” a poetului grec Constantine Cavafy. El scrie „Ithaca ți-a oferit călătoria minunată.” Poate că acest lucru inspiră o latură mai personală a misiunii ei de regizor, deoarece ea subliniază că acum dorește să ofere altor tineri oameni de știință oportunități similare. Și, pe lângă faptul că o plătește, ea vrea să onoreze moștenirea generațiilor anterioare de fizicieni și foștilor directori ai Fermilab.

Simt responsabilitate și recunoștință și mult optimism că putem continua această traiectorie

Lia Merminga

Privind în urmă, pare o întâmplare că unul dintre acei foști regizori, Leon Lederman, se află pe fundalul fotografiei în care îl înfățișează pe unchiul lui Merminga. „Suntem pe umerii giganților”, spune ea. „Simt această mare responsabilitate de a continua tradiția ca Fermilab să fie această mare instituție recunoscută în întreaga lume pentru inovație și descoperiri inovatoare. Simt responsabilitate și recunoștință și mult optimism că putem continua această traiectorie.”