«Трудности в учебе – это стимул развиваться»
- 17.03.2025
Стоит малыш, бьет палкой по луже и смотрит не только на то, как расходятся круги по воде, но и на реакцию мамы – свои первые эксперименты ученые ставят еще в детстве, а путь в любую профессию лежит через любознательность, считает старший лаборант Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) Даниил Иванов. В этом году он оканчивает магистратуру физического факультета Новосибирского государственного университета (ФФ НГУ) и уже участвует в экспериментах на детекторе КМД-3 коллайдера ВЭПП-2000 – измеряет сечение рождения протон-антипротона при электрон-позитронной аннигиляции. За свою деятельность в 2024 г. Даниил получил стипендию В.А. Сидорова – одну из именных стипендий ИЯФ СО РАН, которые учреждены в Институте как мера поощрения талантливых физиков. В интервью Даниил рассказал, в чем секрет отличной учебы, какие научные открытия в будущем поразят человечество сильнее, чем обнаружение Бозона Хиггса, и почему необходимо вовремя задуматься о смене работы.
– Очень часто физики рассказывают, что выбрали эту науку, потому что в детстве были любопытны, интересовались различными физическими явлениями, происходящими в природе. Даниил, расскажи, пожалуйста, а как было у тебя? Есть ли какая-нибудь история, связанная с физикой, история о том, как ты ей заинтересовался?
– Это все вопрос любознательности. Я с самого детства интересовался буквально всем, что было вокруг, и, как любой ребенок, познавал мир путем наблюдений и экспериментов. Когда ребенок бьет палкой по луже, он проводит и физический, и социальный эксперимент – смотрит, как расходятся круги по воде, и как на него реагируют люди вокруг. Так он знакомится с социальными нормами и тем, как устроена природа. Вот и я был достаточно стандартным ребенком, занимался всем этим.
Старший лаборант ИЯФ СО РАН Даниил Иванов. Фото Т. Морозовой.
Областей познания в мире много, я мог стать кем угодно, но причина выбора профессии была бы одинаковой – я любознательный. Думаю, быть слесарем и работать на каком-нибудь итальянском станке 50-х г. XX в. очень даже интересно. Физику я выбрал просто потому что из всех имеющихся областей науки она самая сложная. С одной стороны, это фундаментальная дисциплина, которая позволяет при помощи экспериментов на глубоком уровне описывать наблюдаемые в мире явления. С другой стороны, в этой области познания мы очень многое можем контролировать. Возьмите биологию – в ней бесконечное количество степеней свободы, потому что любой организм состоит из множества клеток, которые абсолютно все реагируют на сторонние возбуждения. И эти процессы очень сложно контролировать, их не всегда вообще можно предугадать. В физике элементарных частиц почти все находится под контролем. Если нам нужно отделить частицы, которые нас интересуют, от ненужных частиц, мы сделаем вакуум; приложим магнитное поле, если захотим узнать импульс частицы. Таким образом мы отделяем одни эффекты от других, и очень многое узнаем про каждый.
– Было ли сложно адаптироваться к учебе в НГУ после школы? И как вообще ты выбирал университет, на что опирался?
– То, что физика мне нравится, я понял еще в школе, но в ФМШ не учился. Я из Ханты-Мансийского автономного округа, это нефтяной край, городок мой размером с Академ, в котором все так или иначе занимаются нефтью. В общем, я ничего не знал про ФМШ, про Новосибирск и про то, что здесь очень большой кластер физических институтов. Подход к выбору университета у меня был простой – я смотрел, в каких топовых вузах есть физфаки. НГУ был не первым в списке, я просто не поступил на физический факультет в Московский государственный университет. Впрочем, у МГУ структура физфака такая же, как у НГУ. Так что это была хорошая замена.
В моменте учеба никогда не казалась мне слишком сложной. Больших проблем с ней у меня практически не было. Но я должен признать справедливым, что первые полтора года, то есть первые три семестра, я несколько отставал от лучших ребят. Я был, наверное, лучшим из 70% тех, кто поступил на курс после ФМШ. Но оставались еще 30%. И так как я по природе своей очень азартный, не люблю проигрывать, то все это меня лишь подстегивало, заставляло больше заниматься, прикладывать максимальные усилия, а в провалах видеть не проблему, а повод поднапрячься. У меня был очень умный одногруппник, с какой-то невероятной способностью к самостоятельному обучению. Я смотрел на него и понимал, что трудности в учебе – это стимул развиваться. Потом я вышел на некоторый уровень и, может, это несколько себялюбиво, но стал одним из лучших студентов своего курса.
– Как ты выбирал научное направление? Почему пошел на кафедру физики элементарных частиц (ФЭЧ)? Изменилось ли со временем твое представление об этой области физики?
– Когда мне было 10 лет и я только познавал мир, искал, что мне интересно, физики обнаружили Бозон Хиггса. Тогда все говорили про физику элементарных частиц, область была хайповая. И это оставило свой отпечаток при формировании моих интересов. Конечно, сейчас более передовой областью является физика полупроводников и сверхпроводников, но тогда именно с ФЭЧ было связано много надежд.
Поэтому, когда на втором курсе я определялся с институтом, в котором буду писать курсовую, то, разумеется, обратил внимание на ИЯФ, так как в нем были представлены те направления, которые мне нравились – физика частиц, физика ускорителей и физика плазмы.
Первую курсовую я написал на кафедре ФЭЧ. Как я сейчас понимаю, в ней не было ничего интересного, но что-то я все равно для себя узнал и понял. Вторую курсовую я написал уже на кафедре физики ускорителей, она была чуть более содержательная, но такая же дурацкая. И вот здесь я встал перед выбором. На ускорителях у меня было более подготовленное место: сразу брали в группу по гранту. Но я все же выбрал ФЭЧ, манил уровень сложности.
Два года я работал у доктора физико-математических наук Е.П. Солодова, занимался прецизионным измерением массы короткоживущего каона. А потом случайно оказался в одном кабинете с кандидатом физико-математических науки А.С. Поповым. Он стал интересоваться, чем я занимаюсь, и, как змей искуситель, подкидывать новые темы для работы. Так он стал моим вторым научным руководителем, а я начал заниматься исследованием рождения пары протон-антипротон в электрон-позитронной аннигиляции на детекторе КМД-3 коллайдера ВЭПП-2000.
– Как бы ты описал роль научного руководителя в жизни начинающего специалиста?
– Выбор научного руководителя – это очень важный момент, потому что этот человек является твоим проводником в научную среду. Для ФЭЧ это особенно актуально, потому что вся работа здесь построена на больших коллаборациях. Скажи физику из любой другой области, что в лаборатории 50 человек, и у него рот откроется бесконечно широко. У большинства физиков в соавторах работ, как правило, от трех до пяти человек (максимум десять), кроме фэчистов – у нас большие коллективы. Самостоятельно влиться в такие компании бывает тяжело.
Второй аспект, он самый очевидный – научный руководитель обучает тебя. Иначе зачем все это? Он передает свои знания и умения, навыки и компетенции своему студенту. И, что не менее важно, побуждает студента обучаться тому, что он сам не знает. В ИЯФ очень много возрастных научных сотрудников, которые в какой-то момент перестают успевать за новыми технологиями, или новыми исследовательскими инструментами – в этом случае задача научного руководителя в том, чтобы студент или аспирант самостоятельно изучил их и научился применять. И еще, как мне кажется, научрук должен обеспечивать комфортные условия труда. Таков идеальный научный руководитель.
– Ты занимаешься изучением электрон-позитронной аннигиляции в адроны, правильно я понимаю? Зачем ученые сталкивают частицы?
– На коллайдере мы сталкиваем частицы, они аннигилируют, и мы получаем новые частицы, которые нам как раз и интересны. При этом изначальные частицы, например, электроны и позитроны, сталкивающиеся на ВЭПП-2000, нам совсем не интересны. Они изучены вдоль и поперек и являются лишь источником энергии, из которого много что рождается.
Дальше наш интерес в том, чтобы изучить, как взаимодействуют между собой полученные частицы, какую внутреннюю структуру они имеют. Например, у электрона нет внутренней структуры, как мы понимаем, это элементарная частица. А вот протон состоит из трех кварков, и это уже представляет научный интерес. Как там внутри протона эти кварки взаимодействуют, какие наблюдаемые свойства появляются у протона и антипротона в зависимости от этого взаимодействия. Если одним широким мазком, то это и есть основная задача подобных экспериментов.
– Чем интересны эксперименты по измерению сечения протон-антипротонной пары на коллайдере ВЭПП-2000, о каких свежих результатах ты можешь рассказать?
– В энергетическом диапазоне, который нам открывается на ВЭПП-2000, а конкретно на детекторе КМД-3, протон-антипротоны успевают между собой каким-то образом провзаимодействовать. Такие процессы позволяют нам наблюдать и понимать интересные проявления этого низкоэнергетического (от порога рождения в 1877 МэВ и вплоть до 2000 МэВ) взаимодействия.
Сечение процесса рождения протон-антипротона на КМД-3 было измерено в 2017 г. Помимо нашего эксперимента подобные результаты есть у коллабораций BaBar (США) и ВЕРС III (Китай). У этих трех измерений согласующиеся результаты. Но новый эксперимент ИЯФ СО РАН позволил нам более точно измерить зависимость рождения протон-антипротона от энергии, а также зависимость отношений электрического и магнитного форм-факторов от энергии в системе протон-антипротон. Это связано с тем, что на коллайдере ВЭПП-2000 получен больший объем статистики, и в отличие от экспериментов в США и Китае, мы используем прямой метод измерения.
– И все это нам нужно, чтобы уточнить теорию микромира – Стандартную модель?
– Я считаю, что любая наука существует просто потому, что нам интересно. Да, мы хотим узнать, как устроена Вселенная, но это то же самое, что и сказать, что нам интересно.
– Расскажи, как проходит твой рабочий день? Что конкретно ты делаешь?
– Детектор в основном измеряет кинематические параметры рожденных частиц – импульс, направление движения, выделившаяся энергия. В принципе, это все, что мы видим с помощью детектора. Но есть вторичные параметры, которые мы можем вытащить из кинематических, и которые восстанавливают всю картину события. Этим я и занимаюсь. Например, из угловых распределений я могу достать форм-факторы, которые характеризуют сечение; по сигнальным событиям, используя моделирование, могу определить полное количество рожденных событий в эксперименте и за счет этого узнать, какое видимое сечение у изучаемого процесса. Можно сказать так: моя работа заключается в том, чтобы собирать одни числа и получать из них другие.
Установки в ИЯФ СО РАН компактные, и можно очень тесно с ними контактировать. Детектор – это очень сложное и многогранное устройство, но оно очень близко находится, и это дает возможность детальнее разбираться в его работе, а, следовательно, и в исследуемых процессах. Что-то не понимаешь, пошел и посмотрел, потрогал руками, залез куда-то и покрутил. Люди тоже все рядом и все готовы ответить на твои вопросы, помочь.
Был период, когда мы с коллегой помогали решать насущные проблемы дрейфовой камеры детектора, пытались создать новую систему ее высоковольтного питания. Помимо этого, я на постоянной основе участвую в ночных дежурствах на КМД-3, слежу за тем, чтобы данные правильно набирались, чтобы не было никаких поломок.
– За что ты любишь свою работу?
– Свою работу я люблю за то, что она интересная. Если бы она была скучная, то я бы не работал на ней. Но так может сказать, наверное, любой человек.
– Кажется, что это скорее редкость – иметь любимую работу.
– Ну сейчас мы живем не в советское время, когда было сложно поменять работу. У тебя всегда есть право написать заявление на увольнение, а потом пойти на HeadHunter и искать новую работу. Никто тебя за тунеядство штрафовать не станет. Все в твоих руках.
– Хотел бы лично ты сменить профессию?
– Мне нравится то, что я делаю, и это тот случай, когда работа может быть хобби. Но из-за того, что не все гладко я, конечно, иногда думаю о смене работы или направления. Впрочем, мне вообще кажется, что любой человек должен об этом периодически задумываться, просто потому что в ежедневной суете можно даже не заметить, что тебе уже не нравится то, что ты делаешь. Вполне вероятно, приложив немного усилий, чтобы изучить что-то новое для себя, ты станешь востребованным специалистом на рынке труда.
В качестве альтернативы физике я держу в голове программирование. У меня есть некоторые навыки, которые вполне соответствует тому, что сейчас востребовано на рынке, и я бы мог таким образом улучшить финансовый аспект своей жизни. Но программирование мне не так интересно, как наука, пока что.
– Как тебе кажется, в какой области науки стоит ждать хайпа уровня открытия Бозона Хиггса в физике элементарных частиц?
– Такого рода открытий стоит ждать в физике сверхпроводников в первую очередь. Если мы найдем сверхпроводник, который работает при комнатной температуре, это будет не просто Бозон Хиггса, это будет Бозон Хиггса умноженный на 1010. Открытие этой частицы никак не изменило повседневной жизни людей, а открытие подобного сверхпроводника произведет революцию в быте. Это одно из флагманских научных направлений, в которое сейчас вкладывается много денег.
Второго открытия стоит ждать на стыке химии и физики, там, где специалисты ищут новые способы хранения энергии. Можно построить атомную электростанцию, можно жечь уголь, газ или поставить турбину на реку – способов получения энергии много, а вот способов эффективного хранения нет. Из-за этого, например, у зеленой энергетики большие проблемы с развитием и внедрением.
Даниил Иванов. Фото Т. Морозовой.
Третьим направлением я бы, наверное, выделил исследование старения. Есть простой факт – люди стареют и умирают. За этим стоит биологический процесс, который мы как-то понимаем, но контролировать его не можем. Если мы научимся это делать, то сможем его радикально замедлить. И это, в свою очередь, станет подспорьем для исследования солнечной системы и других звездных систем.
Четвертое место, где я жду прорыва, это, собственно, космос. Когда мы наконец придумаем дешевый способ доставки грузов на орбиту, мы начнем исследовать космос прямым способом – прилетели, потопали там ногами, взяли образцы. Конечно, классно смотреть в телескоп Джеймс Уебб или Хаббл, наблюдать, какие рождаются звезды. Но ведь мы и 20 лет назад смотрели в космос и сейчас смотрим. Да, мы что-то новое узнаем, но это познание никак не выливается в изменение ежедневного образа жизни. Когда мы колонизируем Марс, спутники Юпитера, улетим в соседнюю звездную систему – вот это уже кардинально изменит парадигму, в которой мы живем.
Вот это четыре сферы, в которых я жду прогресса. Первые две дадут свои плоды в ближайшие 15-20 лет, результаты в двух других будут получены лет через сто.
– Если бы у тебя была возможность вернуться в детство, какой бы ты поставил эксперимент? Или что бы изменил?
– В плане полученных знаний я ни о чем не сожалею, но есть объективные вещи, которые бы мне сейчас очень пригодились. Если бы я мог вернуться в прошлое и мотивировать себя и своих родителей больше внимание обратить на языки, я бы сделал это. Я благодарен родителям, что они помогли мне с изучением английского языка, это было отличным подспорьем к тому, что я имею сейчас, но если бы я знал еще пару языков, то было бы еще лучше. Думаю, четырех было бы достаточно.
Подготовила Татьяна Морозова