Ученые Томского государственного университета выиграли мегагрант правительства РФ на реализацию научного проекта в области физики высоких энергий. Одна из ключевых задач – перенести международный опыт, полученный в ЦЕРН и других проектах, на российский адронный суперколлайдер NICA. Декан физического факультета ТГУ, заведующий лабораторией анализа данных физики высоких энергий Сергей Филимонов рассказал в интервью университетской газете Alma Mater, как молодые ученые ТГУ учатся делать большую науку и почему трудный путь интереснее легкого.
ОПЫТ НЕ КУПИШЬ, НО МОЖНО ЗАРАБОТАТЬ
– Сергей Николаевич, как родилась идея проекта и как удалось выиграть полмиллиарда на его реализацию?
– Наверное, начать нужно с программы правительства РФ, в рамках которой проходил конкурс проектов на поддержку мегагрантов. Суть программы – сотрудничество российских научных коллективов с учеными мирового уровня, имеющими большой опыт работы в международных проектах. При этом обязательное условие для участия в проекте – готовность ученого с мировым именем переехать жить и работать в Россию, чтобы развивать дальше науку здесь, опираясь на местные ресурсы. Ведущий ученый нашего проекта – один из главных экспертов в области моделирования взаимодействия излучения с веществом Владимир Иванченко.
Отчасти его решению вернуться в Россию помогли не очень радостные обстоятельства и события, в частности то, что 30 ноября текущего года заканчивается соглашение о сотрудничестве РФ и ЦЕРН. Часть российских ученых перестанет участвовать в экспериментах коллаборации, соответственно, они задумываются о том, где продолжить работу.
В этом смысле наш проект оказался очень своевременным, потому что его идея – она не только про науку, она еще и про то, чтобы экспертный опыт, накопленный в крупных международных проектах, перенести в Россию. Тем более, в нашей стране в физике высоких энергий сейчас происходит много интересного, появляются установки мегасайенс, открывающие потрясающие возможности для новых научных экспериментов.
Прежде всего, это суперколлайдер NICA (Nuclotron based Ion Collider fAcility) в Дубне, технический пуск которого был объявлен в этом году, а также источник синхротронного излучения СКИФ, строительство которого идет полным ходом под Новосибирском.
У наших соседей в Новосибирске – Института ядерной физики СО РАН – тоже очень интересная экспериментальная программа, и одно из научных направлений проекта напрямую связано с сотрудничеством с ИЯФ.
Для успешной реализации проекта на базе нашего университета есть прочная основа. Во-первых, это высочайший уровень фундаментального физического образования в ТГУ, позволяющий привлечь к выполнению проекта очень перспективных студентов. А во-вторых, накопленный с 2017 года опыт участия в экспериментах на Большом адронном коллайдере. Сначала это был эксперимент ATLAS, потом эксперименты TOTEM и CMS. Постепенно сложилась группа исследователей, глубоко погруженных в тему. У них и у физического факультета ТГУ есть желание это направление развивать дальше.
– Какие задачи в рамках нового проекта будут решать ученые ТГУ?
– В нашем проекте несколько взаимосвязанных научных направлений, напрямую касающихся суперколлайдера NICA и экспериментов в области физики элементарных частиц. В их числе – моделирование детекторов частиц, анализ больших данных в экспериментах, разработка новых суперэффективных методов анализа данных с использованием ИИ и машинного обучения.
Также мы занимаемся разработкой электроники сбора данных для детекторов частиц. Это то, в чем мы имеем серьезный опыт и с чем в свое время заходили в ЦЕРН. Этот опыт будет востребован и в экспериментах на коллайдере NICA.
Еще одно направление – применение инструментов и технологий, используемых в физике высоких энергий для решения задач в самых разных прикладных областях, например, в нефтяной и газовой промышленности, в радиационной медицине и так далее.
И, наконец, еще одна задача проекта – это подготовка специалистов для работы в новых научных мегасайенс-проектах в России. Для этого мы уже со следующего учебного года запускаем новую программу бакалавриата «Цифровая физика: анализ данных физики высоких энергий и моделирование сложных систем». Нам предстоит не только создать новые образовательные курсы, но и набрать хороших студентов на программу. Задача не из легких.
– Почему сложно набрать студентов? Потому, что физику в школах преподают плохо? Или потому, что у школьников не особенно популярна исследовательская деятельность?
– И то, и другое. Во-первых, в школах сейчас очень мало учителей физики, которые по-настоящему любят свой предмет, способных заинтересовать детей, влюбить их в физику. Во-вторых, многие родители сегодняшних старшеклассников выросли в 1990-е, когда наука была в плачевном состоянии, и у них с тех пор сформировался стереотип, что ученые либо сидят без работы, либо очень плохо зарабатывают и обрекают себя и свою семью на жалкое существование.
На самом деле всё давно изменилось. Например, в нашу лабораторию мы принимаем на работу студентов и платим им достойную зарплату. Правда, для студентов, претендующих на то, чтобы стать полноправными сотрудниками лаборатории, есть одно важное условие – хорошо учиться.
Основными партнерами нашего проекта выступают Объединенный институт ядерных исследований (Дубна) – крупнейший центр мирового уровня в области ядерной физики и физики элементарных частиц, который объединяет сотни ученых из более 30 стран мира, и Институт ядерной физики СО РАН (Новосибирск). Поэтому наши студенты должны научиться работать не только в составе своего коллектива, но и в составе большой научной группы, в которой работают люди из разных стран, с разным менталитетом и культурой. Это очень важно.
РАСТЕМ ВМЕСТЕ С КОЛЛАЙДЕРОМ
– Коллайдер NICA часто сравнивают с Большим адронным коллайдером, называя БАК старшим братом. В чем они схожи и в каких экспериментах вы планируете участвовать?
– Называть БАК старшим братом NICA не совсем правильно. Действительно, БАК превосходит российский коллайдер по размерам, но у суперколлайдера NICA другие возможности и другие задачи. БАК создавался в первую очередь для поиска бозона Хиггса, проверки и уточнения Стандартной модели физики элементарных частиц и поисков физики за пределами этой модели. С помощью NICA планируется воссоздать и исследовать кварк-глюонную плазму – то особое состояние вещества, в котором пребывала наша Вселенная даже не в первые секунды, а в их десятитысячные доли после Большого Взрыва.
Исследования будут проводиться на двух детекторах – MPD (MultiPurpose Detector) и SPD (Spin Physics Detector). MPD будет использоваться для изучения свойств плотной барионной материи. Детектор SPD предназначен для проведения экспериментов по спиновой физике. И к этому мы имеем непосредственное отношение. Например, студенты лаборатории Андрей Бернгардт и Дмитрий Ерофеев разрабатывают электронику сбора данных для эксперимента SPD. Андрей пришел к нам в лабораторию еще на первом курсе и, без преувеличения, оба – с «золотыми» руками и «золотыми» мозгами.
Сложность задачи в том, что самой электроники, даже плат контроллеров и процессоров, еще нет, но есть понимание, как эта электроника должна работать. Кто-то должен ее придумать и сделать.
Вот именно этим занимаются наши ребята, конструируют эту плату, программируют чип для того, чтобы он функционировал так, как нужно. Задачи, которые они решают, – это возможность оставить свой след в науке и истории, это тоже вдохновляет.
Для нас работа на отечественном суперколлайдере интересна еще и потому, что в случае с БАК мы присоединились к действующему эксперименту. А проект NICA еще только начинается: установка создается, детектор проектируется. У нас есть уникальная возможность включиться в работу с самого старта – от пустых залов до полностью оборудованных и наполненных электроникой.
– Но ведь этот путь сложнее?
– Безусловно! Но он и интереснее! Вот, к примеру, наш ведущий научный сотрудник Ирина Шрайбер в свое время прошла похожий путь с экспериментом CMS. Вместе с коллегами она монтировала оборудование, подключала массивные кабели к электронике и решала множество технических задач для эксперимента с самого его основания. Для нас, особенно для молодых исследователей нашей лаборатории, пройти такой путь с NICA – значит получить бесценный опыт, который в будущем поможет реализовать новые масштабные проекты.