Лия Мерминга только что стал седьмым директором Национальной ускорительной лаборатории имени Ферми в США. Она беседует с Лорой Хискотт об ускорителях, будущем физики элементарных частиц и о том, что она первая женщина, возглавившая этот культовый и влиятельный исследовательский центр.
Лия Мерминга только что занял важное место в научном мире. В апреле известный физик-ускоритель занял пост директора Ферми Национальная ускорительная лаборатория (Фермилаб) – один из самых знаковых исследовательских центров физики элементарных частиц в мире. Достижение этой высшей должности является монументальным достижением, и Мерминга размышляет о пути, который привел ее к тому, чтобы стать главой института, где впервые начался ее путь в физике ускорителей.
Выросшая в своей родной Греции, где она родилась в 1960 году, Мерминга с детства имела решимость заниматься наукой. Действительно, одним из первых ее вдохновений были рассказы членов ее семьи о ее дяде Джордже Доусманисе, который получил докторскую степень по физике в Колумбийский университет. «Он был легендой в моей семье», — вспоминает она. «У меня есть потрясающая фотография, на которой он, когда он был аспирантом, вместе с [физиками, лауреатами Нобелевской премии] Леон Ледерман и Цунг-Дао Ли на заднем фоне." Интерес Мерминги к науке еще больше усилился благодаря биографии Мари Кюри, который она прочитала в 13 лет, и в средней школе у нее была отличная учительница физики. «Я чувствовала, что эту жизнь стоит прожить, — говорит она, — посвятив себя науке с такой единственной целью, продвигая знания и оказывая огромное влияние на общество».
После окончания школы Мерминга продолжил изучать физику в Университет Афин. На третьем курсе ее научным руководителем был профессор теоретической физики элементарных частиц, и Мерминга решила, что именно этой отраслью науки она хочет заниматься. «Нет ничего более глубокого, — объясняет она, — просто понимание самых фундаментальных составляющих и взаимодействий материи».
Она нацелилась на поступление в аспирантуру в Университет штата Мичиган Анн-Арбор, США, с намерением изучать теоретическую физику элементарных частиц. Заявление Мерминги было успешным, и в 1983 году она переехала по всему миру, чтобы осуществить свои академические мечты.
Мерминга посещала курсы и выполняла несколько исследовательских проектов в выбранной ею дисциплине. Но в конечном итоге она обнаружила, что теоретическая физика элементарных частиц оказалась не такой приятной, как она себе представляла, из-за длительного периода времени между разработкой теории и возможностью проверить ее экспериментально. Узнав о аспирантуре по ускорительной науке в Фермилабе, она впервые посетила научно-исследовательский институт. Это оказалось поворотным моментом в ее карьере.
Ускорение науки
Ускорители частиц запускают пучки заряженных частиц – от протонов и электронов до ионов – на очень высоких скоростях, близких к скорости света. Наука об ускорителях сосредоточена на проектировании, эксплуатации и оптимизации этих огромных машин, чтобы обеспечить физику элементарных частиц и многие другие научные области. Исследователи постоянно работают над улучшением нашей способности контролировать и направлять лучи, а не просто наблюдают за последствиями столкновений.
«Временные сроки этих экспериментов намного короче, чем в физике элементарных частиц», — объясняет Мерминга. «Это мне понравилось. Я мог бы разрабатывать теории, проверять их и получать более немедленные результаты». Поэтому она присоединилась к докторской программе в Фермилабе, работая над тэватрона – коллайдер с самой высокой энергией в мире на тот момент.
Для оптимизации столкновений важно уметь прогнозировать и контролировать пучок частиц в туннеле коллайдера, особенно при наличии малоизученных нелинейных эффектов. В своем докторском проекте Мерминга использовала теоретические формализмы и экспериментальные данные Тэватрона, чтобы изучить, как динамика луча реагировала на магнитную систему, используемую для его управления и фокусировки, особенно там, где нелинейность становилась ключевым фактором, ограничивающим производительность. Ее работа послужила основой для разработки сверхпроводящего суперколлайдера, который планировался в то время.
После получения докторской степени (став на тот момент вторым студентом, окончившим эту конкретную программу) Мерминга пошла работать в Стэнфордский центр линейных ускорителей (СЛАК). С тех пор она провела карьеру, став экспертом во многих областях ускорительной науки. Действительно, она занимала несколько руководящих должностей, в том числе руководителя ускорительного подразделения в ТРИУМФ, Канадский ускорительный центр частиц.
Приоритеты проекта
Пока Мерминга продвигалась по карьерной лестнице, Фермилаб тоже менялась. В 2011 году, после почти 30 лет столкновений протонов и антипротонов, Тэватрон был остановлен. Это ознаменовало значительный сдвиг в фокусе лаборатории от экспериментов с высокими энергиями. Частично обоснование этого изменения связано с международным характером физики элементарных частиц – поскольку ни одна страна не имеет возможности проводить все эксперименты, имеет смысл, чтобы крупные исследовательские центры изучали разные области.
По 2011, CERNАвтора Большой адронный коллайдер был запущен и работал на более высоких энергиях, чем Тэватрон; поэтому Фермилаб увидел возможность вместо этого взять на себя инициативу в экспериментах высокой интенсивности. Последние особенно важны для изучения нейтрино; эти крошечные частицы имеют чрезвычайно низкую скорость взаимодействия, поэтому для наблюдения таких событий необходимо генерировать их огромные количества.
В 2015 году для поддержки новых экспериментов Фермилаб начала строить План улучшения протона-II (PIP-II), и Мерминга вернулась к ней альма-матер возглавить проект. PIP-II — это линейный ускоритель длиной 215 м, который станет сердцем нового ускорительного комплекса Фермилаб и будет способствовать проведению множества новых экспериментов. Одна из главных целей PIP-II — создать самый интенсивный пучок нейтрино в мире, направив его интенсивный пучок протонов в графитовую мишень. Эти нейтрино будут пропущены через два Глубокий подземный нейтринный эксперимент (DUNE), которые в настоящее время строятся – один в Фермилабе, а другой в 1300 км от Южной Дакоты.
Причина того, что нейтрино расположены так далеко, заключается в том, что нейтрино бывают трёх «ароматов» — электронных, мюонных и тау — и они демонстрируют странное поведение, «колебаясь» между этими типами во время путешествия. Большое расстояние между двумя детекторами увеличивает их чувствительность к этим колебаниям, и такое поведение потенциально может иметь глубокие последствия для всей Вселенной. Физики полагают, что может существовать разница в том, как нейтрино и антинейтрино колеблются между своими ароматами, что указывает на нарушение симметрии материи-антиматерии (нарушение C-P) и физику за пределами Стандартной модели. Такая разница может даже стать ключом к пониманию того, почему во Вселенной больше материи, чем антиматерии, а это важнейшее условие нашего собственного существования.
Мне бы очень хотелось, чтобы DUNE как можно быстрее нашла окончательный ответ на вопрос о нейтринных осцилляциях и нарушении C–P, потому что это связано с асимметрией материи-антиматерии и почему мы вообще здесь находимся.
Лия Мерминга
Поэтому Мерминга надеется, что исследования нейтрино, проводимые с помощью PIP-II, прольют свет на этот важный вопрос. «Мне бы хотелось, чтобы DUNE как можно быстрее нашла окончательный ответ на вопрос о нейтринных осцилляциях и нарушении C–P», — говорит она, — «потому что это связано с асимметрией материи-антиматерии и с тем, почему мы вообще здесь».
Мерминга также воодушевлена сопутствующими технологиями, такими как технология сверхпроводниковой радиочастоты (SRF), в которой Fermilab является мировым лидером, и ей интересно посмотреть, как далеко институт сможет раздвинуть границы в этом направлении. SRF улучшает производительность ускорителя, избегая потерь энергии, которые обычно возникают из-за сопротивления токам в стенках ускорителя. Структуры PIP-II будут изготовлены из сверхпроводящего ниобия и охлаждены до 2 К, чтобы воспользоваться этим свойством.
Теперь, когда она является директором Фермилаба в целом, а не PIP-II конкретно, Мерминга не будет так активно участвовать в нем, как раньше, но она намерена идти в ногу с его прогрессом и по-прежнему увлечена проектом. . «Когда он будет завершен, он будет использоваться еще 50 лет поколениями, которые придут после меня», - говорит она. «Внести свой вклад во что-то, имеющее непреходящую ценность, очень важно».
Новатор
Одновременно с развитием научных знаний развивается и мир вокруг него. Возможно, тот факт, что Фермилабораторию впервые возглавляет женщина, является свидетельством этих изменений. Лично Мерминга не считает, что ее пол является препятствием в ее карьере, и подчеркивает силу технического мастерства.
«Когда я единственная женщина в комнате, — объясняет она, — если я даю правильные ответы или имею правильные идеи, они перестанут думать обо мне как о женщине и сосредоточатся на том, что я вношу. Вот как я справился с этим в своей карьере. Будьте хороши в том, что вы делаете, и рано или поздно им придется вас прислушаться». Тем не менее, она считает, что недостаточная представленность женщин в физике должна измениться, добавляя, что команды оказываются гораздо более влиятельными и эффективными, когда у них есть более разнообразные точки зрения, на которые можно опираться.
Мерминга во многом объясняет свою уверенность тем, что посещала школу для девочек, отмечая, что мальчики иногда могут быть более напористыми. «До 18 лет я находилась в немного защищенной среде», — говорит она. «Это помогло мне обрести уверенность в себе. Когда я поступил в университет, только 10% студентов были женщинами, но к тому времени я обрел достаточно уверенности, что это не имело значения».
Поэтому Мерминга считает, что программы по физике, предназначенные только для девочек, могут помочь девочкам почувствовать себя более уверенными в изучении этого предмета. Но она говорит, что нам нужно многостороннее решение, которое также затрагивает практические проблемы, с которыми люди сталкиваются на протяжении всей своей карьеры. Например, в Фермилабе есть детский сад, который позволяет родителям легче сосредоточиться на своей работе.
Другим важным фактором, конечно же, является повышение заметности женщин в этой теме. Мерминга отмечает, что это помогло ей, поскольку ее вдохновила учительница физики, когда она училась в школе, а затем Хелен Эдвардс, ведущий физик, работавший над созданием Тэватрона. «Видеть кого-то в действии — это очень мощно», — говорит она.
К счастью, в последние годы ситуация еще больше улучшилась. С 2016 года физик-экспериментатор Фабиола Джанотти была генеральным директором ЦЕРН, а также первой женщиной, занявшей эту должность. Когда Мерминга возглавил Фермилабораторию, две самые важные должности в физике теперь заняты женщинами. Так что, хотя еще есть над чем поработать, это кажется важной вехой.
Формируя будущее
Хотя Мерминга и раньше руководила крупными проектами и программами, руководство таким крупным институтом, как Фермилаб, является для нее новым вызовом, поскольку больший масштаб означает дополнительную сложность. Но она считает, что фундаментальные принципы лидерства и управления крупным научным учреждением остаются прежними.
«Важно иметь четкое видение, — говорит она, — и уметь донести его до каждого сотрудника; иметь план реализации этого видения; и возлагать на себя и всех остальных ответственность за выполнение этой задачи».
Подготовка к будущему после LHC
Так как же Мерминга видит Фермилаб? Это то, что она все еще формулирует, только что вступив во владение, и она стремится рассмотреть множество точек зрения. Одним из первых действий, которые она предприняла в апреле, было отправиться в «тур по прослушиванию», чтобы услышать мнение сотрудников лаборатории и сообщества пользователей Fermilab. Хотя конкретные детали все еще находятся в разработке, она описывает общие цели своих амбиций в отношении Фермилаба: она должна «лидировать в мире в области физики элементарных частиц и ускорительной науки, технологий и инноваций, опираясь на разнообразную рабочую силу мирового класса; превосходными и надежными операциями и бизнес-системами; посредством устойчивой стратегии кампуса, интегрированной с нашей миссией; а также путем прочного и благоприятного партнерства на региональном, национальном и международном уровнях».
Размышляя о своей карьере, она говорит, что испытывает много эмоций по поводу того, что станет директором института, где она впервые начала заниматься ускорительной наукой. «Я подытожу это двумя словами: глубокая благодарность», — говорит она. «Мне выпала большая честь быть здесь, будучи аспирантом, проводя эксперименты с лучшими физиками мира и с самым совершенным коллайдером, существовавшим в то время. Насколько удачливым можно стать? На ум приходит стихотворение «Итака» греческого поэта Константина Кавафиса. Он пишет: «Итака подарила вам чудесное путешествие». Возможно, это вдохновляет ее на более личную сторону миссии в качестве директора, поскольку она подчеркивает, что теперь хочет предоставить другим молодым ученым аналогичные возможности. И не только отплатить за это, она хочет почтить наследие предыдущих поколений физиков и бывших директоров Фермилаб.
Я чувствую ответственность и благодарность, а также большой оптимизм по поводу того, что мы сможем продолжить этот путь.
Лия Мерминга
Оглядываясь назад, кажется по счастливой случайности, что один из этих бывших режиссеров, Леон Ледерман, находится на заднем плане фотографии, на которой изображен дядя Мерминги. «Мы стоим на плечах гигантов», — говорит она. «Я чувствую большую ответственность за продолжение традиции Фермилаба как великого учреждения, признанного во всем мире за инновации и прорывные открытия. Я чувствую ответственность и благодарность, а также большой оптимизм по поводу того, что мы сможем продолжить этот путь».
