Lia Merminga: định hướng tương lai của Fermilab

Lia Merminga vừa chiếm một vị trí quan trọng trong thế giới khoa học. Vào tháng 4, nhà vật lý máy gia tốc nổi tiếng đảm nhiệm chức vụ giám đốc của Phòng thí nghiệm máy gia tốc quốc gia Fermi (Fermilab) – một trong những trung tâm nghiên cứu vật lý hạt mang tính biểu tượng nhất trên thế giới. Đạt được công việc hàng đầu đó là một thành tựu to lớn và Merminga suy ngẫm về con đường đưa cô trở thành người đứng đầu viện nơi hành trình vật lý máy gia tốc của cô lần đầu tiên bắt đầu.

Lớn lên ở quê nhà Hy Lạp, nơi cô sinh năm 1960, Merminga có quyết tâm theo đuổi khoa học từ thời thơ ấu. Thật vậy, một trong những nguồn cảm hứng đầu tiên của cô là nghe gia đình kể những câu chuyện về chú của cô, George Dousmanis, người có bằng Tiến sĩ vật lý tại trường Đại học New York. Đại học Columbia. “Anh ấy là huyền thoại trong gia đình tôi,” cô nhớ lại. “Tôi có một bức ảnh hấp dẫn chụp anh ấy khi còn là nghiên cứu sinh với [các nhà vật lý đoạt giải Nobel] Leon Lederman và Tsung-Dao Lee ở phía sau.” Niềm đam mê khoa học của Merminga càng được củng cố thêm nhờ tiểu sử của Marie Curie, mà cô đọc năm 13 tuổi, và là một nữ giáo viên vật lý xuất sắc mà cô có ở trường cấp hai. Cô nói: “Tôi cảm thấy đây là một cuộc sống đáng sống, cống hiến hết mình cho khoa học với mục đích duy nhất là nâng cao kiến ​​thức và có tác động to lớn đến xã hội”.

Sau khi học xong, Merminga tiếp tục học vật lý tại trường Đại học Athens. Vào năm thứ ba, người hướng dẫn luận án của cô là giáo sư vật lý hạt lý thuyết, và Merminga quyết định rằng đây là ngành khoa học mà cô muốn theo đuổi. Cô giải thích: “Không có gì sâu sắc hơn thế, chỉ cần hiểu những thành phần và tương tác cơ bản nhất của vật chất.”

Cô đặt mục tiêu vào nghiên cứu sau đại học tại Đại học Michigan Ann Arbor, Hoa Kỳ, với mục đích nghiên cứu vật lý hạt lý thuyết. Đơn đăng ký của Merminga đã thành công và vào năm 1983, cô đã chuyển đi khắp thế giới để theo đuổi ước mơ học tập của mình.

Merminga đã tham gia các khóa học và thực hiện một số dự án nghiên cứu trong lĩnh vực cô đã chọn. Nhưng cuối cùng cô phát hiện ra rằng vật lý hạt lý thuyết không thú vị như cô tưởng tượng, do khoảng thời gian dài giữa việc phát triển một lý thuyết và có thể kiểm tra nó bằng thực nghiệm. Sau khi tìm hiểu về chương trình nghiên cứu sinh về khoa học máy gia tốc tại Fermilab, lần đầu tiên cô đến thăm viện nghiên cứu. Đây hóa ra là một thời điểm quan trọng trong sự nghiệp của cô.

Tăng tốc khoa học

Máy gia tốc hạt đẩy các chùm hạt tích điện – từ proton và electron đến ion – ở tốc độ rất cao, gần bằng tốc độ ánh sáng. Khoa học máy gia tốc tập trung vào việc thiết kế, vận hành và tối ưu hóa những cỗ máy khổng lồ này để hỗ trợ vật lý hạt và nhiều lĩnh vực khoa học khác. Các nhà nghiên cứu không ngừng nỗ lực cải thiện khả năng kiểm soát và định hướng chùm tia của chúng ta thay vì chỉ nhìn vào kết quả của các vụ va chạm.

Merminga giải thích: “Khoảng thời gian cho những thí nghiệm này ngắn hơn nhiều so với trong vật lý hạt. “Điều đó hấp dẫn tôi. Tôi có thể phát triển các lý thuyết và kiểm tra chúng và nhận được kết quả ngay lập tức hơn.” Vì vậy cô tham gia chương trình tiến sĩ tại Fermilab, nghiên cứu về Tevatron – máy va chạm năng lượng cao nhất thế giới vào thời điểm đó.

Để tối ưu hóa các va chạm, điều quan trọng là có thể dự đoán và điều khiển chùm hạt trong đường hầm máy va chạm, đặc biệt khi có các hiệu ứng phi tuyến chưa được nghiên cứu kỹ lưỡng. Trong dự án tiến sĩ của mình, Merminga đã sử dụng các hình thức lý thuyết và dữ liệu thực nghiệm từ Tevatron để nghiên cứu cách động lực học của chùm tia phản ứng với hệ thống từ tính dùng để điều khiển và tập trung nó, đặc biệt khi tính phi tuyến trở thành yếu tố hạn chế chính đối với hiệu suất. Công việc của cô đã cung cấp thông tin cho việc thiết kế Máy Va chạm Siêu dẫn, đang được lên kế hoạch vào thời điểm đó.

Sau khi hoàn thành bằng Tiến sĩ - trở thành sinh viên thứ hai tốt nghiệp chương trình cụ thể đó vào thời điểm đó - Merminga đến làm việc tại Trung tâm máy gia tốc tuyến tính Stanford (SLAC). Kể từ đó, cô đã dành sự nghiệp để trở thành chuyên gia trong nhiều lĩnh vực khoa học máy gia tốc. Quả thực, cô đã giữ một số vai trò lãnh đạo, bao gồm cả trưởng bộ phận tăng tốc tại TRIUMF, trung tâm máy gia tốc hạt của Canada.

Ưu tiên dự án

Trong khi Merminga đang thăng tiến trong sự nghiệp thì Fermilab cũng đang thay đổi. Năm 2011, sau gần 30 năm va chạm giữa proton và phản proton, Tevatron đã ngừng hoạt động. Điều này đánh dấu một sự thay đổi đáng kể trong trọng tâm của phòng thí nghiệm khỏi các thí nghiệm năng lượng cao. Một phần lý do đằng sau sự thay đổi này đến từ bản chất quốc tế của ngành vật lý hạt – vì không một quốc gia nào có đủ khả năng thực hiện tất cả các thí nghiệm, nên việc các cơ sở nghiên cứu lớn nghiên cứu các lĩnh vực khác nhau là điều hợp lý.

By 2011, CERN'S Large Hadron Collider đã hoạt động ở mức năng lượng cao hơn Tevatron; vì vậy Fermilab đã nhìn thấy cơ hội dẫn đầu trong các thí nghiệm cường độ cao. Cái sau đặc biệt quan trọng để nghiên cứu neutrino; những hạt nhỏ bé này có tốc độ tương tác cực kỳ thấp, vì vậy để quan sát bất kỳ sự kiện nào như vậy điều cần thiết là phải tạo ra số lượng lớn chúng.

Năm 2015, để hỗ trợ các thí nghiệm mới, Fermilab bắt đầu xây dựng Kế hoạch cải tiến Proton-II (PIP-II), và Merminga quay trở lại với cô ấy trường cũ để dẫn dắt dự án. PIP-II là máy gia tốc tuyến tính dài 215 m, sẽ đóng vai trò là trung tâm của tổ hợp máy gia tốc mới của Fermilab và góp phần thực hiện nhiều thí nghiệm mới. Một trong những mục tiêu chính của PIP-II là tạo ra chùm neutrino có cường độ mạnh nhất trên thế giới, bằng cách phóng chùm proton cường độ mạnh của nó vào một tấm bia than chì. Những neutrino này sẽ được gửi qua hai Thí nghiệm neutrino dưới lòng đất sâu (DUNE), hiện đang được xây dựng – một ở Fermilab và một ở Nam Dakota cách đó 1300 km.

Lý do chúng nằm ở rất xa là do neutrino có ba “mùi” – electron, muon và tau – và chúng thể hiện hành trạng kỳ lạ là “dao động” giữa các loại này khi chúng di chuyển. Khoảng cách lớn giữa hai máy dò làm tăng độ nhạy của chúng đối với những dao động này, với hành vi này có khả năng có ý nghĩa sâu sắc đối với toàn bộ vũ trụ. Các nhà vật lý nghĩ rằng có thể có một sự khác biệt trong cách neutrino và phản neutrino dao động giữa các mùi của chúng, điều này cho thấy sự vi phạm đối xứng vật chất-phản vật chất (vi phạm C–P) và vật lý ngoài Mô hình Chuẩn. Sự khác biệt như vậy thậm chí có thể là chìa khóa giải thích tại sao có nhiều vật chất hơn phản vật chất trong vũ trụ – một điều kiện cốt yếu cho sự tồn tại của chính chúng ta.

Tôi rất muốn thấy DUNE đạt được câu trả lời dứt khoát cho dao động neutrino và vi phạm C–P càng nhanh càng tốt vì nó liên quan đến sự bất đối xứng vật chất-phản vật chất và lý do tại sao chúng ta thậm chí còn ở đây

Lia Merminga

Vì vậy Merminga hy vọng rằng các nghiên cứu neutrino do PIP-II thực hiện sẽ làm sáng tỏ câu hỏi lớn này. “Tôi muốn thấy DUNE đạt được câu trả lời dứt khoát cho dao động neutrino và sự vi phạm C–P càng nhanh càng tốt,” cô nói, “vì nó liên quan đến sự bất đối xứng vật chất-phản vật chất, và tại sao chúng ta thậm chí còn ở đây.”

Merminga cũng rất hào hứng với công nghệ liên quan, chẳng hạn như công nghệ tần số vô tuyến siêu dẫn (SRF) – trong đó Fermilab là công ty dẫn đầu thế giới – và cô rất muốn xem viện có thể đẩy các giới hạn đó đến mức nào. SRF cải thiện hiệu suất của máy gia tốc bằng cách tránh tổn thất năng lượng thường xảy ra thông qua khả năng chống lại dòng điện trong thành máy gia tốc. Cấu trúc của PIP-II sẽ được làm từ niobi siêu dẫn và được làm lạnh đến 2 K để tận dụng đặc tính này.

Bây giờ cô ấy là giám đốc của Fermilab nói chung, chứ không phải cụ thể là PIP-II, Merminga sẽ không tham gia chặt chẽ vào nó như trước đây, nhưng cô ấy dự định sẽ theo kịp tiến độ của nó và vẫn đam mê dự án . Cô nói: “Khi nó hoàn thành, nó sẽ được sử dụng trong 50 năm nữa bởi các thế hệ sau tôi. “Thật mạnh mẽ khi đóng góp vào điều gì đó có giá trị lâu dài.”

Tiên phong

Trong khi kiến ​​thức khoa học ngày càng phát triển thì thế giới xung quanh nó cũng vậy. Có lẽ việc Fermilab lần đầu tiên được dẫn dắt bởi một người phụ nữ là minh chứng cho những thay đổi đó. Về mặt cá nhân, Merminga không cảm thấy giới tính là trở ngại trong sự nghiệp của mình và cô nhấn mạnh sức mạnh của trình độ kỹ thuật.

Cô giải thích: “Khi tôi là người phụ nữ duy nhất trong phòng, nếu tôi đưa ra câu trả lời đúng hoặc có những hiểu biết đúng đắn, họ sẽ ngừng coi tôi là phụ nữ và tập trung vào những gì tôi đóng góp. Đó là cách tôi giải quyết vấn đề này trong sự nghiệp của mình. Hãy làm thật tốt những gì bạn làm và sớm hay muộn họ sẽ phải lắng nghe bạn.” Tuy nhiên, cô tin rằng sự thiếu đại diện của phụ nữ trong vật lý cần phải thay đổi, đồng thời nói thêm rằng các nhóm sẽ có tác động và hiệu quả hơn nhiều khi họ có nhiều quan điểm đa dạng hơn để dựa vào.

Merminga cho rằng phần lớn sự tự tin của cô là do đã từng theo học tại một trường dành cho nữ sinh, lưu ý rằng con trai đôi khi có thể quyết đoán hơn. Cô nói: “Cho đến khi tôi 18 tuổi, tôi đã ở trong một môi trường được bảo vệ một chút. “Điều đó giúp tôi xây dựng niềm tin vào bản thân. Khi tôi vào đại học, chỉ có 10% sinh viên là nữ, nhưng lúc đó tôi đã đủ tự tin rằng điều đó không quan trọng.”

Do đó, Merminga tin rằng các chương trình vật lý chỉ dành cho nữ sinh có thể giúp các em cảm thấy được trao quyền nhiều hơn để nghiên cứu môn học. Nhưng cô ấy nói rằng chúng ta cần một giải pháp đa hướng cũng có thể giải quyết các vấn đề thực tế mà mọi người gặp phải trong suốt sự nghiệp của họ. Ví dụ, Fermilab có dịch vụ giữ trẻ tại chỗ giúp các bậc cha mẹ tập trung vào công việc dễ dàng hơn.

Tất nhiên, một yếu tố chính khác là tăng cường khả năng hiển thị của phụ nữ trong chủ đề này. Merminga lưu ý rằng điều này rất hữu ích cho cô, vì cô đã được truyền cảm hứng từ nữ giáo viên vật lý khi cô còn đi học và sau đó là Helen Edwards, nhà vật lý chính trong việc chế tạo Tevatron. Cô nói: “Việc nhìn thấy ai đó hành động mang lại cảm giác rất mạnh mẽ.

May mắn thay, điều này đã được cải thiện hơn nữa trong những năm gần đây. Từ năm 2016, nhà vật lý hạt thực nghiệm Fabiola Gianotti là tổng giám đốc CERN và cũng là người phụ nữ đầu tiên giữ chức vụ đó. Với việc Merminga nắm quyền điều hành Fermilab, hai trong số những công việc cao cấp nhất trong vật lý hiện do phụ nữ đảm nhiệm. Vì vậy, mặc dù vẫn còn nhiều việc phải làm nhưng đây có vẻ như là một cột mốc quan trọng.

Hình thành tương lai

Mặc dù Merminga đã từng lãnh đạo các dự án và chương trình lớn trước đây, nhưng việc chỉ đạo một viện lớn như Fermilab là một thách thức mới đối với cô, vì quy mô lớn hơn đồng nghĩa với việc tăng thêm độ phức tạp. Nhưng cô tin rằng các nguyên tắc cơ bản về lãnh đạo và quản lý một tổ chức khoa học lớn vẫn được giữ nguyên.

Cô nói: “Điều quan trọng là phải có một tầm nhìn rõ ràng và có thể truyền đạt nó cho mọi nhân viên; có kế hoạch hiện thực hóa tầm nhìn đó; và buộc bản thân tôi và mọi người khác phải chịu trách nhiệm thực hiện nó.”

Vậy tầm nhìn của Merminga dành cho Fermilab là gì? Đây là điều mà cô ấy vẫn đang hình thành, mới tiếp quản và cô ấy muốn xem xét nhiều khía cạnh. Một trong những hành động đầu tiên cô thực hiện vào tháng 4 là bắt tay vào một “chuyến tham quan lắng nghe”, lắng nghe ý kiến ​​của các nhân viên phòng thí nghiệm và cộng đồng người dùng Fermilab. Trong khi các chi tiết cụ thể vẫn đang được nghiên cứu, cô mô tả tham vọng rộng lớn của cô đối với Fermilab là nó sẽ “dẫn đầu thế giới về vật lý hạt và khoa học, công nghệ và đổi mới máy gia tốc, được củng cố bởi lực lượng lao động đa dạng và đẳng cấp thế giới; bằng các hoạt động và hệ thống kinh doanh xuất sắc và mạnh mẽ; bởi chiến lược khuôn viên trường bền vững được tích hợp với sứ mệnh của chúng tôi; và bằng cách duy trì và tạo điều kiện cho các mối quan hệ đối tác khu vực, quốc gia và quốc tế.”

Suy ngẫm về sự nghiệp của mình, cô nói rằng cô có nhiều cảm xúc về việc trở thành giám đốc của viện nơi cô bắt đầu nghiên cứu khoa học máy gia tốc lần đầu tiên. “Tôi sẽ tóm gọn trong hai từ: lòng biết ơn sâu sắc,” cô nói. “Tôi rất vinh dự được có mặt ở đây với tư cách là một sinh viên tốt nghiệp, thực hiện các thí nghiệm với một số nhà vật lý giỏi nhất thế giới và với máy va chạm tiên tiến nhất tồn tại vào thời điểm đó. Người ta có thể may mắn đến mức nào? Bài thơ 'Ithaca' của nhà thơ Hy Lạp Constantine Cavafy hiện lên trong tâm trí tôi. Anh ấy viết 'Ithaca đã mang đến cho bạn cuộc hành trình kỳ diệu.'” Có lẽ điều này truyền cảm hứng cho khía cạnh cá nhân hơn trong sứ mệnh giám đốc của cô ấy, khi cô ấy nhấn mạnh rằng giờ đây cô ấy muốn trao cho các nhà khoa học trẻ khác những cơ hội tương tự. Và bên cạnh việc đền đáp xứng đáng, cô ấy muốn tôn vinh di sản của các thế hệ nhà vật lý trước đây và các cựu giám đốc của Fermilab.

Tôi cảm thấy có trách nhiệm, biết ơn và rất lạc quan rằng chúng ta có thể tiếp tục quỹ đạo này

Lia Merminga

Nhìn lại, có vẻ tình cờ là một trong những cựu đạo diễn đó, Leon Lederman, lại đứng trong bối cảnh của bức ảnh chụp chú của Merminga. Cô nói: “Chúng tôi đứng trên vai những người khổng lồ. “Tôi cảm thấy trách nhiệm to lớn này là tiếp tục truyền thống Fermilab là tổ chức vĩ đại được công nhận trên toàn thế giới về những phát minh đổi mới và đột phá. Tôi cảm thấy có trách nhiệm, biết ơn và rất lạc quan rằng chúng tôi có thể tiếp tục quỹ đạo này.”