Skip to content
Home » Lia Merminga heeft een visie op deeltjesfysica

Lia Merminga heeft een visie op deeltjesfysica

    Lia Merminga heeft een visie op deeltjesfysica

    Als kind speelde ze hinkelspel in de buitenwijken van Athene. Nu wil de directeur van Fermilab dat de faciliteit wereldleider wordt op het gebied van neutrino-onderzoek.

    Door Sophia Chen | 9 september 2022

    Lia Merminga en ingenieur Lidija Kokaska bespreken PIP-II
    Krediet: Fermilab

    Lia Merminga, directeur van Fermilab


    Lia Merminga herinnert zich haar eerste glimp van de VS nog, toen haar vliegtuig in 1983 vanuit Griekenland aankwam. Tijdens de afdaling naar New York City zag Merminga de dicht opeengepakte wolkenkrabbers van Manhattan.

    “Ik voelde me gewoon geïnspireerd”, zegt Merminga, die van net buiten Athene komt. “Ik zei: ‘Mijn God, wat ben ik bevoorrecht.’ Ik wilde iets groots doen. Dat gevoel heb ik nu nog steeds.”

    Van daaruit ging Merminga naar de Universiteit van Michigan, waar ze haar doctoraat in de natuurkunde behaalde en haar decennialange carrière begon met het innoveren van deeltjesversnellers voor hoogenergetisch natuurkundig onderzoek. Ze begon deze inspanningen te leiden, meest recentelijk leidde ze het Proton Improvement Plan-II (PIP-II), een voortdurende upgrade van het acceleratorcomplex in het Fermi National Accelerator Laboratory, buiten Chicago. Opgericht in 1966, heeft Fermilab’s 6.800 hectare grote site gastheer geweest voor mijlpaalexperimenten in de deeltjesfysica, zoals de ontdekking van de top-quark in 1995.

    In april werd Merminga de nieuwe directeur van Fermilab, de eerste vrouw die de functie bekleedde. Als directeur houdt Merminga toezicht op bijna 2.000 mensen die werken aan geavanceerde experimenten, variërend van het Muon G-2-experiment, waarvan de meting van het magnetische moment van het muon in 2021 kan wijzen op fysica die verder gaat dan het standaardmodel, tot de Long-Baseline Neutrino Facility die momenteel onder constructie, ontworpen om eigenschappen van neutrino’s te bestuderen die zouden kunnen helpen verklaren waarom de hoeveelheid materie antimaterie domineert – en waarom het universum überhaupt bestaat.

    Onder haar leiding hoopt Merminga de positie van Fermilab als wereldleider in de neutrinofysica voor de komende decennia te versterken. “We zullen hier de definitieve neutrino-experimenten doen”, zegt ze.

    Merminga sprak met APS Nieuws over haar leven, carrière en opvattingen over de toekomst van de deeltjesfysica.

    Dit interview is bewerkt voor lengte en duidelijkheid.

    SC: Je komt oorspronkelijk uit Griekenland. Kun je beschrijven waar je bent opgegroeid?

    LM: Ik ben geboren in en opgegroeid in Chalandri, in een buitenwijk van Athene. Ik heb nog veel vrienden in de buurt. Ik ben opgegroeid met spelen op straat voor mijn huis met andere kinderen. We speelden tennis, voetbal en een spelletje hinkelen. Ik liep overal naartoe – naar school, naar de bakker, naar de boerenmarkt. De hele stad had één middelbare school en we werden opgesplitst in meisjes en jongens. De meisjes zouden van maandag tot en met woensdag ‘s ochtends naar school gaan en de jongens in de middag. Dan zou de volgende week het schema wisselen.

    Hoe besloot je natuurkundige te worden?

    In Griekenland moet je op 15-jarige leeftijd beslissen of je geesteswetenschappen of wetenschappen gaat studeren. Tegen die tijd wist ik dat ik van natuurkunde en wiskunde hield. Als ik terugkijk, vond ik het erg leuk om een ​​natuurkundig fenomeen te beschrijven met de taal van de wiskunde. Voor mij was dit de ultieme vorm van elegantie. Ik vond het ook leuk dat natuurkunde- en wiskundeproblemen een echt antwoord hadden dat niet subjectief was.

    Mijn eerste kennismaking met wetenschap was via verhalen van mijn moeder en grootmoeder over mijn oom [George Dousmanis], die een doctoraat in de natuurkunde had aan de Columbia University. Hij was legendarisch in mijn familie, maar hij stierf heel jong, op 37-jarige leeftijd [from a heart attack]. Ik heb hem een ​​keer ontmoet toen hij vanuit de VS op bezoek was toen ik twee jaar oud was, maar ik herinner me er niets van. Later, toen ik een afgestudeerde student werd, mocht ik enkele van zijn natuurkunde papers lezen. Ik waardeer hoe uitzonderlijk hij was en hoe ongelukkig zijn vroegtijdige dood was.

    Op 13-jarige leeftijd gaf een van mijn middelbare schoolvrienden me ook een biografie van Marie Curie, geschreven door haar dochter Eva Curie. Ik heb dat boek net geabsorbeerd. Toen, op de middelbare school, had ik een fantastische vrouwelijke natuurkundeleraar. Dit alles beïnvloedde mijn interesse in natuurkunde.

    Je begon in de theoretische natuurkunde als undergrad aan de Universiteit van Athene, maar daarna maakte je de overstap naar versnellingsfysica in de graduate school aan de Universiteit van Michigan. Wat bracht je ertoe om die verandering aan te brengen?

    Ik heb altijd van theoretische natuurkunde gehouden, maar het duurt zo lang tussen het ontwikkelen van een theorie en het experimenteel demonstreren ervan. Zo werd voorspeld dat het Higgs-deeltje begin jaren 60 zou bestaan, en het werd pas in 2012 ontdekt. ​​Tussendoor moesten duizenden mensen ‘s werelds grootste deeltjesversneller bouwen.

    Toen ik op de graduate school op zoek was naar een onderwerp voor een proefschrift, was mijn huidige echtgenoot – die toen een vriend was – een postdoc bij Fermilab. Hij vertelde me over een afstudeerprogramma in versnellerfysica. Ik realiseerde me dat je met versnellerfysica theoretische natuurkunde kunt doen en die voorspellingen binnen maanden of een jaar kunt valideren met testfaciliteiten. Het bleek ook dat ik van techniek houd. Ik besloot de natuurkunde van de versneller in te gaan en sindsdien heb ik het fantastisch naar mijn zin.

    Lia Merminga foto
    Krediet: Fermilab

    Merminga (rechts) en ingenieur Lidija Kokaska bespreken PIP-II, een upgrade van het Fermilab-versnellercomplex.


    Wat zijn op dit moment de grote uitdagingen bij het ontwikkelen van toekomstige versnellers?

    We hebben de prestaties van het gaspedaal naar een hoger niveau getild in termen van hogere energie, intensiteit en efficiëntie. Een grote uitdaging vandaag is het bereiken van hogere energieën met behulp van compactere machines. De ultieme doorbraak van ons vakgebied zou zijn om plasma-aangedreven versnellers te maken [a method that would significantly reduce facility size].

    Een doel op kortere termijn is om efficiëntere technologie te produceren om versnellers te maken die minder energie verbruiken. Ik zou graag meer vooruitgang zien op het gebied van duurzame versnellers.

    Zonder verbeterde technologie zouden toekomstige botsers genoeg stroom verbruiken voor een kleine stad. Aan welke strategieën werken mensen om duurzamere versnellers te maken?

    Mensen beginnen energie-efficiëntere componenten te maken, zoals supergeleidende en radiofrequentie (RF) stroombronnen. Het ontwerp voor de European Spallation Source [a neutron source under construction in Sweden] verzamelt ook de afvalwarmte die door de versnellers wordt geproduceerd en gebruikt deze vervolgens om nabijgelegen gebouwen te verwarmen.

    Toekomstige voorgestelde versnellers omvatten een 100 TeV cirkelvormige versneller, lineaire elektron-protonversnellers zoals de ILC en muonversnellers. Wat is uw mening over waar de deeltjesfysica-gemeenschap in zou moeten investeren?

    Voor de gezondheid van ons vakgebied is het de plicht om deze ontwerpstudies van al deze verschillende typen voort te zetten. Maar voor elk van deze benaderingen moeten we nog belangrijke technische en natuurkundige vragen oplossen. Gelukkig vereisen deze benaderingen vergelijkbaar onderzoek en ontwikkeling. Verschillende daarvan vereisen bijvoorbeeld magneten met een hoog veld en zeer efficiënte supergeleidende RF-technologie. CERN heeft er al voor gekozen om een ​​toekomstige circulaire versneller van 100 TeV na te streven.

    Wat voor soort activiteit achter de schermen gaat naar deze enorme deeltjesfysica-projecten?

    Er zijn niet alleen veel mensen bij betrokken, maar ook een diversiteit aan expertises en culturele achtergronden. Voor PIP-II [the upgrade to Fermilab’s accelerator complex], werkten we samen met partners in het VK, Polen, Frankrijk, Italië en meer. Sommigen zijn natuurkundigen, ingenieurs, technici, computerwetenschappers, beheerders, logistiek medewerkers en zelfs advocaten voor import- en exportcontrole. Deze diverse groep mensen die aan een gemeenschappelijk doel werkt, zorgt voor zo’n geweldig resultaat.

    In 2019, een New York Times op-ed startte een publiek debat over de vraag of de wetenschap de noodzaak van een grotere botser heeft gemotiveerd, vooral omdat het prijskaartje in de miljarden dollars ligt. Wat is uw reactie op deze kritieken?

    Colliders zijn essentiële instrumenten die ons vakgebied op een bepaalde manier vooruit hebben geholpen. De Tevatron, die tot 2011 ‘s werelds hoogste energieverslinder was, hielp bij het ontdekken van het tau-neutrino en de top-quark. De LHC ontdekte de Higgs. In termen van ontdekkingen hebben die investeringen enorm hun vruchten afgeworpen.

    Verschillende natuurkundigen van Fermilab hebben de aandacht gevestigd op anti-zwart racisme in de wetenschap. Ze hielpen bij het organiseren van een #ShutDownSTEM-staking in 2020 en vormden een groep genaamd Change Now, die een document schreef waarin werd opgeroepen tot raciale rechtvaardigheid en gelijkheid bij Fermilab. Hoe ga je om met deze vraagstukken?

    Al voordat ik het roer overnam als directeur, wist ik dat ik naar onze medewerkers, ons personeel en onze gebruikers wilde luisteren over de cultuur in ons laboratorium. Als onderdeel daarvan lanceerde ik wat ik luistertours noem. Ik vergader met groepen van 10 tot 20 personen gedurende 30 minuten tot een uur. In onze discussies luister ik vooral. Mijn doel is om elke medewerker van ons laboratorium te bereiken. We zijn nu ongeveer op een derde van de 2.000 medewerkers. Het is duidelijk dat we werk voor de boeg hebben.

    Ik heb het ChangeNow-document gelezen en heb een-op-een met leden van de groep gesproken om de discussie voort te zetten. Ik wil begrijpen hoe mensen zich voelen en wat ze historisch hebben meegemaakt. Dit verdient een strategisch langetermijnplan, geen snelle oplossing. Ik geloof fundamenteel dat we excellentie en diversiteit in ons personeelsbestand, bedrijf en operaties van het laboratorium nodig hebben om excellentie te bereiken in onze wetenschappelijke missie. Uitmuntendheid betekent een omgeving waarin iedereen het gevoel heeft dat hij kan gedijen, dat hij vooruitgang kan boeken in zijn carrière en waar hij voldoening kan halen uit zijn werk.

    Sophia Chen is een schrijfster uit Columbus, Ohio.