Lia Merminga: režija prihodnosti Fermilaba

Lia Merminga pravkar prevzel pomembno vlogo v znanstvenem svetu. Aprila priznani pospeševalnik fizik prevzel direktorsko funkcijo od Nacionalni pospeševalni laboratorij Fermi (Fermilab) – eden najbolj ikoničnih raziskovalnih centrov za fiziko delcev na svetu. Doseganje tega najvišjega položaja je monumentalen dosežek in Merminga razmišlja o poti, ki jo je pripeljala do tega, da je postala vodja inštituta, kjer se je začela njena pot v fiziki pospeševalcev.

Merminga je odraščala v svoji domovini Grčiji, kjer se je rodila leta 1960, in se je že v otroštvu odločila posvetiti znanosti. Dejansko je bil eden njenih prvih navdihov poslušanje njene družine pripovedovanja o njenem stricu Georgeu Dousmanisu, ki je doktoriral iz fizike Univerza Columbia. »Bil je legenda v moji družini,« se spominja. »Imam njegovo osupljivo fotografijo kot podiplomskega študenta z [fiziki, ki so prejeli Nobelovo nagrado] Leon Lederman in Tsung-Dao Lee v ozadju." Mermingino zanimanje za znanost je dodatno spodbudila biografija Marie Curie, ki jo je prebrala pri 13 letih, in odlično profesorico fizike, ki jo je imela v srednji šoli. »Čutila sem, da je to življenje vredno živeti,« pravi, »posvečati se znanosti s tako edinstvenim namenom, napredku znanja in velikemu vplivu na družbo«.

Po končani šoli je Merminga nadaljevala študij fizike na Univerza v Atenah. V tretjem letniku je bil njen mentor doktorske naloge profesor teoretične fizike delcev in Merminga se je odločila, da je to veja znanosti, v katero se želi vključiti. "Ne gre za globlje od tega," pojasnjuje, "samo razumevanje najbolj temeljnih sestavin in interakcij materije."

Zadala si je podiplomski študij na Univerza v Michiganu Ann Arbor, ZDA, z namenom študija teoretične fizike delcev. Mermingina prošnja je bila uspešna in leta 1983 se je preselila po svetu, da bi sledila svojim akademskim sanjam.

Merminga je obiskovala tečaje in opravila nekaj raziskovalnih projektov v svoji izbrani disciplini. Toda na koncu je ugotovila, da teoretična fizika delcev ni tako razveseljiva, kot si je predstavljala, zaradi dolgih časovnih okvirov med razvojem teorije in možnostjo njenega eksperimentalnega testiranja. Potem ko je izvedela za podiplomski študentski program pospeševalnikov v Fermilabu, je raziskovalni inštitut obiskala prvič. To se je izkazalo za ključni trenutek v njeni karieri.

Pospeševanje znanosti

Pospeševalniki delcev poganjajo žarke nabitih delcev – od protonov in elektronov do ionov – pri zelo visokih hitrostih, ki so blizu svetlobnim. Znanost o pospeševalnikih se osredotoča na načrtovanje, delovanje in optimizacijo teh ogromnih strojev, ki omogočajo fiziko delcev in številna druga znanstvena področja. Raziskovalci nenehno delajo na izboljšanju naše sposobnosti nadzora in usmerjanja žarkov, namesto da bi preprosto gledali na izid trkov.

"Časovni okviri za te poskuse so veliko krajši kot v fiziki delcev," pojasnjuje Merminga. »To me je pritegnilo. Lahko bi razvil teorije in jih preizkusil ter dobil takojšnje rezultate.« Zato se je pridružila doktorskemu programu pri Fermilabu, kjer je delala na Tevatron – takrat najmočnejši trkalnik na svetu.

Za optimizacijo trkov je pomembno, da lahko predvidimo in nadziramo žarek delcev v tunelu trkalnika, zlasti v prisotnosti slabo raziskanih nelinearnih učinkov. Za svoj doktorski projekt je Merminga uporabila teoretične formalizme in eksperimentalne podatke iz Tevatrona, da bi preučila, kako se je dinamika žarka odzvala na magnetni sistem, ki se uporablja za njegovo usmerjanje in fokusiranje, zlasti tam, kjer je nelinearnost postala ključni omejevalni dejavnik za delovanje. Njeno delo je vplivalo na zasnovo superprevodnega super trkalnika, ki je bil takrat načrtovan.

Po doktoratu – ko je takrat postala šele druga študentka, ki je diplomirala na tem posebnem programu – je Merminga odšla delati na Stanford Linear Accelerator Center (SLAC). Od takrat je preživela kariero in postala strokovnjakinja na številnih področjih znanosti o pospeševalnikih. Dejansko je imela več vodilnih vlog, vključno z vodjo pospeševalnega oddelka pri TRIUMF, kanadski center za pospeševanje delcev.

Prednostne naloge projekta

Medtem ko je Merminga napredovala v svoji karieri, se je spreminjal tudi Fermilab. Leta 2011 so po skoraj 30 letih trkov protonov in antiprotonov zaprli Tevatron. To je pomenilo pomemben premik v osredotočenosti laboratorija stran od eksperimentov z visoko energijo. Del utemeljitve te spremembe je izviral iz mednarodne narave fizike delcev – ker nobena posamezna država nima zmogljivosti za izvedbo vseh poskusov, je smiselno, da velike raziskovalne ustanove preiskujejo različna področja.

Z 2011, CERNJe Veliki hadronski trkalnik je deloval pri višjih energijah kot Tevatron; zato je Fermilab videl priložnost, da namesto tega prevzame vodilno vlogo pri visokointenzivnih poskusih. Slednji so še posebej pomembni za proučevanje nevtrinov; ti drobni delci imajo izjemno nizke stopnje interakcije, zato je za opazovanje kakršnih koli takšnih dogodkov nujno ustvariti ogromne količine le-teh.

Leta 2015 je Fermilab za podporo novim poskusom začel graditi Načrt izboljšave Proton-II (PIP-II), Merminga pa se je vrnila k njej alma mater voditi projekt. PIP-II je 215 m dolg linearni pospeševalnik, ki bo služil kot srce Fermilabovega novega pospeševalnega kompleksa in prispeval k številnim novim eksperimentom. Eden od glavnih ciljev PIP-II je ustvariti najintenzivnejši žarek nevtrinov na svetu z izstrelitvijo njegovega intenzivnega žarka protonov v grafitno tarčo. Ti nevtrini bodo poslani skozi oba Eksperiment z nevtrini globoko pod zemljo (DUNE), ki so trenutno v izgradnji – eden v Fermilabu in drugi 1300 km stran v Južni Dakoti.

Razlog za to, da se nahajajo tako daleč, je, da so nevtrini v treh "okusih" - elektroni, mioni in tau - in kažejo nenavadno obnašanje "nihanja" med temi tipi, ko potujejo. Velika razdalja med obema detektorjema poveča njuno občutljivost na ta nihanja, pri čemer ima to vedenje potencialno globoke posledice za celotno vesolje. Fiziki menijo, da bi lahko obstajala razlika v načinu, kako nevtrini in antinevtrini nihajo med svojimi okusi, kar bi pomenilo kršitev simetrije materije in antimaterije (kršitev C–P) in fiziko onkraj standardnega modela. Takšna razlika je lahko celo ključ do tega, zakaj je v vesolju več materije kot antimaterije – kar je ključni pogoj za naš obstoj.

Rad bi videl, da bi DUNE čim hitreje dosegel dokončen odgovor na oscilacije nevtrinov in kršitev C–P, ker je to povezano z asimetrijo materije in antimaterije in zakaj smo sploh tukaj

Lia Merminga

Zato Merminga upa, da bodo študije nevtrinov, ki jih poganja PIP-II, osvetlile to veliko vprašanje. "Rada bi videla, da bi DUNE čim hitreje dosegel dokončen odgovor na oscilacije nevtrinov in kršitev C–P," pravi, "ker je to povezano z asimetrijo materije in antimaterije in zakaj smo sploh tukaj."

Merminga je navdušena tudi nad povezano tehnologijo, kot je superprevodna radiofrekvenčna tehnologija (SRF) – v kateri je Fermilab vodilni v svetu – in želi videti, kako daleč lahko inštitut premakne meje tam. SRF izboljšuje delovanje pospeševalnika tako, da se izogne ​​izgubi energije, ki običajno nastane zaradi odpornosti na tokove v stenah pospeševalnika. Strukture PIP-II bodo izdelane iz superprevodnega niobija in ohlajene na 2 K, da bi izkoristili to lastnost.

Zdaj, ko je direktorica Fermilaba kot celote in ne posebej PIP-II, Merminga ne bo tako tesno vpletena v to kot prej, vendar namerava slediti njegovemu napredku in ostaja navdušena nad projektom. . »Ko bo končana, jo bodo generacije, ki pridejo za mano, uporabljale še nadaljnjih 50 let,« pravi. "Močno je prispevati k nečemu trajne vrednosti."

Prvec

Medtem ko znanstvena spoznanja napredujejo, se razvija tudi svet okoli njih. Morda dejstvo, da Fermilab prvič vodi ženska, priča o teh spremembah. Osebno Merminga meni, da njen spol ni bil ovira v njeni karieri, in poudarja moč tehnične usposobljenosti.

»Ko sem edina ženska v sobi,« pojasnjuje, »če dam pravilne odgovore ali imam prave vpoglede, me ne bodo več imeli za žensko in se bodo osredotočili na to, kar prispevam. Tako sem se s tem ukvarjal v svoji karieri. Bodite zelo dobri v tem, kar počnete, in prej ali slej vas bodo morali poslušati.« Kljub temu meni, da je premajhno zastopanost žensk v fiziki treba spremeniti, in dodaja, da so ekipe veliko bolj vplivne in učinkovite, če imajo več različnih perspektiv, na katere se opirajo.

Merminga večino svoje samozavesti pripisuje temu, da je obiskovala samo dekliško šolo, pri čemer ugotavlja, da so fantje včasih lahko bolj odločni. »Do svojega 18. leta sem bila v okolju, ki je bilo nekoliko zaščiteno,« pravi. »To mi je pomagalo zgraditi zaupanje vase. Ko sem šel na univerzo, je bilo med študenti samo 10 % žensk, toda do takrat sem pridobil dovolj samozavesti, da to ni bilo pomembno.«

Merminga zato verjame, da bi lahko programi fizike samo za dekleta pomagali dekletom, da se počutijo bolj opolnomočene pri študiju predmeta. Vendar pravi, da potrebujemo večstransko rešitev, ki obravnava tudi praktična vprašanja, s katerimi se ljudje srečujejo v svoji karieri. Fermilab ima na primer dnevno varstvo, ki staršem omogoča, da se lažje osredotočijo na svoje delo.

Drug pomemben dejavnik je seveda povečanje prepoznavnosti žensk v tej temi. Merminga ugotavlja, da ji je bilo to v pomoč, saj jo je navdihnila njena učiteljica fizike, ko je bila v šoli, kasneje pa Helen Edwards, vodilna fizičarka pri gradnji Tevatrona. "Videti nekoga v akciji je zelo močno," pravi.

Na srečo se je to v zadnjih letih še izboljšalo. Od leta 2016 eksperimentalni fizik delcev Fabiola Gianotti je bila generalna direktorica CERN-a in tudi prva ženska na tem položaju. Z Mermingo, ki je prevzela krmilo v Fermilabu, sta dve najbolj odmevni službi v fiziki zdaj zasedeni ženski. Torej, čeprav je še vedno treba opraviti delo, se zdi to pomemben mejnik.

Oblikovanje prihodnosti

Čeprav je Merminga že vodila večje projekte in programe, je vodenje tako velikega inštituta, kot je Fermilab, zanjo nov izziv, saj večji obseg pomeni dodatno kompleksnost. Prepričana pa je, da temeljna načela vodenja in upravljanja velikega znanstvenega subjekta ostajajo enaka.

»Pomembno je imeti jasno vizijo,« pravi, »in jo znati ubesediti vsakemu zaposlenemu; imeti načrt za uresničitev te vizije; in da sebe in vse druge smatram za odgovorne za to.«

Kakšna je torej Mermingina vizija za Fermilab? To je nekaj, kar še vedno oblikuje, ko je šele prevzela, in želi razmisliti o številnih perspektivah. Eno prvih dejanj, ki jih je sprejela aprila, je bilo, da se je odpravila na "poslušalno turnejo", da bi slišala od zaposlenih v laboratoriju in Fermilabove uporabniške skupnosti. Medtem ko so podrobnosti še v delu, opisuje širše cilje svojih ambicij za Fermilab, da bi bil »vodilni svet na področju fizike delcev in pospeševalnikov, znanosti, tehnologije in inovacij, podprt z raznoliko delovno silo svetovnega razreda; z odličnim in robustnim delovanjem in poslovnimi sistemi; s strategijo trajnostnega kampusa, ki je povezana z našim poslanstvom; ter s trajnimi in omogočajočimi partnerstvi, regionalnimi, nacionalnimi in mednarodnimi.«

Ko razmišlja o svoji karieri, pravi, da ima veliko občutkov glede tega, da postane direktorica inštituta, kjer se je prvič začela ukvarjati s pospeševalno znanostjo. »Povzela bom z dvema besedama: globoka hvaležnost,« pravi. »Imel sem velik privilegij, da sem bil tukaj kot podiplomski študent in sem izvajal poskuse z nekaterimi najboljšimi fiziki na svetu in z najnaprednejšim trkalnikom, ki je obstajal v tistem času. Kakšno srečo lahko človek doživi? Na misel mi pride pesem 'Itaka' grškega pesnika Konstantina Kavafisa. Napiše 'Itaka vam je omogočila čudovito potovanje.'” Morda to navdihuje bolj osebno plat njenega poslanstva kot direktorice, saj poudarja, da zdaj želi drugim mladim znanstvenikom dati podobne priložnosti. In poleg tega, da ga plača naprej, želi počastiti zapuščino prejšnjih generacij fizikov in nekdanjih direktorjev Fermilaba.

Čutim odgovornost in hvaležnost ter veliko optimizma, da lahko nadaljujemo to pot

Lia Merminga

Če pogledamo nazaj, se zdi naključno, da je eden od teh nekdanjih direktorjev, Leon Lederman, v ozadju fotografije, ki prikazuje Merminginega strica. »Stojimo na ramenih velikanov,« pravi. »Čutim to veliko odgovornost, da nadaljujem s tradicijo Fermilaba kot te velike ustanove, ki je po vsem svetu priznana po inovacijah in prelomnih odkritjih. Čutim odgovornost in hvaležnost ter veliko optimizma, da lahko nadaljujemo to pot.”