Переосмислення фізики: Сільвія Віньоліні про успіх на межі дисциплін – Physics World

«У школі я завжди віддавав перевагу природничим наукам чи математиці, — каже Сільвія Віньоліні, «але я поняття не мав, що насправді робить фізик». Батько Віньоліні, який виріс у маленькому містечку поблизу Флоренції, Італія, насправді хотів, щоб вона вивчала предмет, який приведе до «відповідної роботи», і її шлях до фізики стався швидше випадково. «У мене був чудовий учитель хімії, який змушував нас читати наукові книги та презентувати їх у класі».

Як наслідок, її інтерес до предмету – і астрофізики зокрема – піднявся після того, як Віньоліні виступив із доповіддю про Стівена Хокінга. Коротка історія часу. Незважаючи на те, що вона не розуміла більшої частини науки, про яку йдеться в книзі, вона відмовилася здаватися і звернулася до друга, який вивчав фізику, щоб допомогти їй зрозуміти незнайомі поняття. Потім вона почала поглинати інші наукові книги, включаючи біографію Галілея Бертольда Брехта.

Але, як виявилося, набіг Віньоліні на фізику також спирався на інший випадковий коментар. «Я була одягнена у великий джемпер від моєї мами та чорні штани — у мене був вигляд у стилі гранж — і хтось сказав, що з мене вийде дуже хороший фізик», — зі сміхом згадує вона. «Я не вважаю себе генієм, але я ніколи не ставив під сумнів своє рішення і не запитував себе, чи буду я достатньо хорошим. Я думав, що вивчати фізику — це круто, тож я так і зробив».

Я хотів займатися астрофізикою, але це було не так практично, як я думав, тому зрештою я зупинився на освітленні та оптиці.

Вона продовжила вивчати фізику в Університет Флоренції, отримавши ступінь бакалавра та магістра за предметом. «Я хотів займатися астрофізикою, але це було не так практично, як я думав, тому я зупинився на освітленні й оптиці», — пояснює Віньоліні. Але як перша людина в її родині, яка вступила до університету, батьки не погодилися з її вибором. Насправді її батько сподівався, що вона стане економістом і візьме на себе фінанси сімейного магазину. «Він думав, що фізика буде марною тратою часу, оскільки я ніколи не знайду роботу, і тоді я не міг пояснити, чим займаються фізики».

У 2009 році Віньоліні запропонували отримати ступінь доктора філософії з оптичної фізики Європейська лабораторія нелінійної спектроскопії (LENS) у Флорентійському університеті. «Вони сказали мені, що це буде схоже на мою магістерську роботу, але триватиме три роки й буде оплачено», – згадує вона. «Тож я запитала: «Чому б і ні?» Спокушена можливістю провести більше досліджень і побувати на конференціях, Віньоліні визнає, що вона була досить наївною щодо того, що означає докторська ступінь. «Я не був таким, як аспіранти, з якими я стикаюся зараз, які бачать це як кар’єру».

Нові зустрічі

Після того, як вона отримала докторську дисертацію, Віньоліні заохочували виїхати за кордон, і вона зрештою здобула пост-докторську ступінь у Кавендішська лабораторія Кембриджського університету у Великобританії. Робота з фізиком м'якої матерії Ульріх Штайнер, вона почала вивчати оптичні властивості рослин і тварин, яскраві кольори яких походять не від пігментів чи барвників, а від нанорозмірних структур, які розсіюють світло. Але змінити сферу було нелегко. «Я думав, що піду, тому що лабораторія виглядає дуже круто, але не був упевнений, чи проект спрацює, тому я наполіг у свого керівника на другому, більш заснованому на фізиці проекті, який передбачав розробку нових оптичних матеріалів».

Як виявилося, переїзд до Великобританії виявився великим успіхом, чому допоміг інший підхід до науки, ніж удома. «Я почувалася цінною та надзвичайно мотивованою, оскільки люди були вдячні за те, що [я робила]», — каже вона. «В Італії зазвичай потрібно бути вдячним людям, щоб мати можливість працювати». Вона також віддає належне Кембриджу за те, що він відкрив її розум і змінив те, як вона займається наукою. «Тепер я розглядаю лише питання та інструменти та людей, які мені потрібні для вирішення проблеми».

У 2014 році, отримавши стипендію наступного покоління Філіпа та Патриції Браун від Кембриджського університету, Віньоліні сформувала власну дослідницьку групу на хімічному факультеті Кембриджа. Її команда вирішила побудувати штучні фотонні структури з використанням природних матеріалів, сподіваючись створити нові біологічно розкладані матеріали, які могли б замінити традиційні, потенційно небезпечні барвники, що використовуються, скажімо, у косметиці, текстилі та захисних бирках. «Поки що ми інтенсивно працювали над створенням більш стійких пігментів».

Як новому лідеру групи, їй допомогло виграти стипендію Девіда Філіпа від Наукова рада з біотехнології та біологічних наук (BBSRC) у 2013 році, щоб вивчити, як рослини виробляють структурні кольори. Вона також виграла a «стартова допомога» від Європейська дослідницька рада у 2015 році. Однак Віньоліні визнає, що знайти членів групи було складно, оскільки дослідження йде повільно і вимагає вчених, які поєднують знання фізики, хімії та біології.

Пошук способів відтворення природного структурного кольору має величезний комерційний потенціал і екологічні переваги. «Ми часто насправді не замислюємося про те, як виробляються кольори, але вони походять із синтетичних пігментів і барвників і мають величезні екологічні збитки», — каже Віньоліні. «Вони активно споживають воду та енергію, можуть використовувати критичні метали або містити канцерогенні хімікати, і багато відходів потрапляє у стічні води та наш океан».

Бажаючи комерціалізувати дослідження, проведені у своїй лабораторії, у 2022 році Віньоліні допомогла заснувати дві компанії, що виділяються. Sparxell очолює Бенджамін Дроге – один із колишніх аспірантів Віньоліні – і намагається відтворити структурні кольори целюлози у великому масштабі, щоб зробити кольорові пігменти та блискітки рослинного походження (Матеріали природи 21 352). Інша компанія – Неможливі матеріали – керує колишній постдоктор у своїй групі, Лукас Шертель, і комерціалізує білі пігменти, натхненні Південно-Східною Азією Цифохіл жук (ACS Nano 16 (5) 7373).

Віньоліні щаслива, що її дослідження прокладає собі дорогу в реальний світ, але вона також пишається тим, що студенти та постдоки її групи справляють вплив. «Я сподіваюся, що наша технологія може бути позитивною для планети та проблеми глобального потепління, а також продовжувати приносити найкраще від людей», — каже вона. «Наставництво — найважливіша частина моєї роботи».

Керівництво відділом

У січні 2023 року Віньоліні був призначений директором нового відділу на ст Інститут колоїдів і інтерфейсів Макса Планка (MPICI) у Потсдамі, Німеччина, присвячений стійким і біологічним матеріалам. Перша жінка-директор MPICI, зараз вона подорожує між Великобританією та Німеччиною, а також виховує двох малюків. «Я не очікував, що робота буде іншою, але насправді вона є. У моїй дослідницькій групі я допомагала іншим людям, і тут я створюю щось для інших», — каже вона.

Наукові дисципліни не обов’язково мають чіткі межі, вони всі взаємопов’язані, і ви повинні бути відкритими

Перебуваючи на ранніх стадіях своєї кар’єри в Німеччині, Віньоліні з нуля будує приміщення для електронного мікроскопа та шукає нову команду. «Потрібен час, щоб знайти потрібних людей. Деякі члени Кембриджської групи переїдуть сюди з вересня, а інші шукають інші посади», — пояснює Віньоліні. «Планую переїхати сюди на 100%, але я завершую деякі проекти в Кембриджі та продовжую наставляти студентів».

Як Treesearch вивчає секрети лісових матеріалів за допомогою синхротронної науки

У Німеччині Vignolini також буде розвивати іншу область досліджень під назвою «симбіонічна матерія», що передбачає вивчення того, як організми співпрацюють, збираючи врожай і маніпулюючи світлом. Наприклад, є один вид зелених морських слимаків, які відокремлюють живі хлоропласти від водоростей, які вони їдять, щоб фотосинтез міг тривати всередині клітин слимака. «Наукові дисципліни не обов’язково мають чіткі межі, насправді всі вони взаємопов’язані, і ви повинні бути відкритими», – каже вона. «Я більше не розумію, що таке хімія, фізика чи біологія; Я використовую ширший підхід і вважаю, що саме так розвиваються наукові знання».

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Додайте собі сили. Доступ тут.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• ПлатонЕСГ. вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
• PlatoHealth. Розвідка про біотехнології та клінічні випробування. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/rethinking-physics-silvia-vignolini-on-succeeding-at-the-boundary-between-disciplines/