«Моя мама часто говорит, что для меня физика – это призвание, а не профессия»
- 28.04.2025
Даниил Кутергин учится только на третьем курсе физического факультета Новосибирского государственного университета (ФФ НГУ), а за плечами у него уже две статьи в престижных научных журналах, участие в международных конференциях и серьезная работа по развитию кода моделирования кильватерного ускорения – одного из способов достижения высоких энергий в компактных линейных ускорителях. В Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) Даниил попал, еще не будучи студентом НГУ – главный научный сотрудник ИЯФ СО РАН доктор физико-математических наук Константин Лотов пригласил поработать вчерашнего школьника в свою теоретическую лабораторию летом перед началом учебы. В интервью Даниил рассказал о том, как стал призером Всероссийской олимпиады по физике, и кто ему в этом помогал, почему новосибирский Академгородок вдохновляет заниматься наукой и чем особенно запомнилась первая работа в ИЯФ.
Лаборант физической лаборатории ИЯФ СО РАН Даниил Кутергин. Фото Т. Морозовой.
– Когда ты понял, что твой путь ведет тебя в науку? Вообще ты собирался становиться ученым?
– До 11 класса я не планировал поступать в НГУ и заниматься наукой. Думал, что поступлю в Новосибирский государственный технический университет (НГТУ) на инженерную специальность, а сразу после окончания пойду работать на производство. Я был уверен, что меня научат чертить или рассчитывать что-либо, и мне это понравится.
С 7 по 11 класс я учился в Аэрокосмическом лицее им. Ю.В. Кондратюка с углубленным изучением физики и математики. Технические предметы мне, конечно, нравились больше остальных. В 8 классе я начал ходить на спецкурс по решению олимпиадных задач по физике. Цели побеждать на всех олимпиадах у меня тогда не было. Мне просто было интересно, я рассматривал эти занятия как разминку для ума. Получилось так, что я активно занимался олимпиадами по физике вплоть до 11 класса. Именно они и привели меня в Академгородок и в НГУ на физический факультет.
– Расскажи подробнее, как проходила твоя подготовка к олимпиадам?
– В первую очередь олимпиады требуют большого количества самоподготовки. У нас был большой список с заданиями, которые нужно решать. Список пополнялся по мере прохождения новых тем. Не было строгих границ относительно того к какому числу и сколько задач нужно решить. Если смог сесть вечером и решить одну небольшую задачу – уже молодец. Потом приносишь их на занятие и обсуждаешь с преподавателем.
За все эти занятия я очень благодарен своему преподавателю из лицея – Андрею Анатольевичу Панарину. Он сам является выпускником ФМШ и ФФ НГУ и в свое время тоже участвовал в олимпиадах по физике. Догадываюсь, что с 9 класса моя программа была похожа на ту, по которой занимаются олимпиадной физикой в ФМШ. Думаю, что поэтому, когда в 9 классе начались серьезные олимпиады из перечня Российского совета олимпиад школьников (РСОШ), я начал занимать на них призовые места. Отдельную гордость для меня представляет олимпиада «Физтех», являющаяся олимпиадой первого уровня, то есть одной из самых сложных. Мне удалось набрать на ней максимальное количество баллов в 9, 10 и 11 классе.
Заниматься дополнительной подготовкой было все интереснее по мере приближения к 11 классу, потому что за победу на перечневой олимпиаде почти любой технический вуз зачислит тебя на физическую специальность без вступительных испытаний.
– Получается, что к 11 классу ты уже выиграл несколько олимпиад и знал, что тебе нравится физика, а в НГУ поступать так и не планировал? В какой момент твое мнение изменилось?
– Переломный момент произошел в 11 классе во время подготовки к финальному этапу Всероссийской олимпиады школьников (ВСОШ) по физике, который проходил в городе Сочи. Тогда мне удалось занять призовое место. Стоит отметить, что ВСОШ считается на порядок сложнее любой перечневой олимпиады. Она состоит из четырех этапов: школьного, муниципального, регионального и заключительного. Региональный и заключительный проходят в два тура: теоретический и экспериментальный. Школьникам необходимо не только уметь решать задачи, но и проводить эксперимент, обрабатывать данные и анализировать результаты. В январе 11 класса я с удивлением обнаружил, что суммы баллов, набранных за два тура регионального этапа, достаточно, для того чтобы меня пригласили на финал ВСОШ. Экспериментальный тур, как и ожидалось, я написал не очень, но теоретический – почти идеально, поэтому баллов хватило. К финалу, конечно, нужно готовиться более серьезно. Чтобы успешно на нем выступить, я на протяжении месяца вместо учебы в лицее и повторения знаний перед ЕГЭ ездил из города в ФМШ.
– Получается, что фмшонком ты не был, но в ФМШ все же поучился?
– Да, получается, что так. В ФМШ олимпиадной подготовкой занимается Мария Рашидовна Юлдашева – вот к ней я каждое утро и приезжал в Академгородок. Директор лицея на это время освободила меня от занятий. Было очевидно, что нужно много времени уделить именно экспериментальной части. Неудивительно, что эта часть считается очень сложной. Тебе выдают различное оборудование, по сути небольшую физическую установку, а к ней идет задание – что-то измерить или объяснить какой-то процесс. Чаще всего нет никаких комментариев относительно того, как это нужно делать.
У Марии Рашидовны в кабинете есть огромное количество собранных в коробки наборов оборудования – экспериментальных заданий ВСОШ. И вот я приезжал, открывал коробку и начинал думать. Первые полчаса самые сложные – можно голову сломать, с какой стороны к этому всему подойти: как использовать оборудование, как лучше проводить измерения, как найти решение. Три часа работаешь, потом обсуждение с преподавателем. Как итог, в 11 классе я стал призером Всероссийской олимпиады школьников по физике и передо мной открылась возможность поступить в любой вуз России.
– И при таких возможностях ты все же выбрал НГУ. Классический вопрос, почему же не подал документы в Московский физико-технический институт (МФТИ)?
– Меня очень впечатлил Академгородок. Я познакомился с фмшатами, с преподавателями СУНЦ НГУ, и увидел, как тут все устроено. До участия в олимпиадном движении я не рассматривал научную деятельность в качестве перспективной сферы. Однако, углубленное изучение физических явлений в рамках олимпиадных экспериментов пробудило во мне интерес к исследовательской работе. Академгородок, являющийся центром передовой науки, и Новосибирский государственный университет (НГУ) с его высококвалифицированным преподавательским составом и широким спектром научно-исследовательских возможностей оказали значительное влияние на мое решение. В общем, с выбором вуза у меня не было никаких сомнений. Как только в июле начался прием документов, я в первый же день пришел и подал их на физфак. Через несколько дней после этого мне предложили поработать летом в ИЯФ СО РАН в лаборатории Константина Владимировича Лотова.
Для меня все это было шокирующе. Помимо того, что каждый день по три-четыре часа я решал свои первые научные задачи, раз в неделю мы собирались всей лабораторией для обсуждения полученных результатов и планируемой работы. Ты еще вчерашний школьник, а твои коллеги, на минуточку, кандидаты физико-математических наук, общаются с тобой на «ты» и обсуждают науку, а потом вы вместе идете на обед.
В лаборатории мы занимаемся численным моделированием. Опыт работы с языками программирования у меня уже был, поэтому с тестовой задачей получилось разобраться довольно быстро. Дальше – большое количество задач различной сложности. Я был удивлен, что даже вчерашний школьник может принять участие в исследованиях на передовом крае науке. За первое лето мне удалось не только познакомиться с лабораторией, но и получить первые ощутимые результаты, которые были опубликованы в журналах на английском и русском языке.
По результатам нашей работы была опубликована статья: на русском и английском языках. Несколько картинок из этой статьи были построены непосредственно мной.
– Как-то ты очень быстро стал ученым, а у меня вопросы про тернистый путь в науку. Тебе было хоть немного сложно учиться в НГУ?
– На физическом факультете НГУ учиться сложно. Большое количество времени уходит не только на понимание материала, но и на самостоятельную работу: решение месячных заданий, подготовка к контрольным работам, оформление лабораторных работ. У меня мало свободного времени, но учиться интересно и даже получается быть отличником. Я считаю, что это все показатель того, что я выбрал для себя правильный университет.
– Ты начал работать в ИЯФ до начала первого курса, сейчас ты уже на третьем. Изменилось ли за это время твое понимание того, что из себя представляет научная деятельность?
– Мой путь в мир численного моделирования в лаборатории Лотова Константина Владимировича оказался полон открытий. Вначале, обладая лишь поверхностным знанием, я воспринимал существующий код как безупречный и непогрешимый инструмент. Однако, с каждым добавленным модулем и исправленной строкой я все глубже проникал в его суть, осознавал его хрупкость и деликатность. Теперь, расширяя его возможности, я понимаю, насколько важна аккуратность и точность для получения надежных и достоверных результатов.
– Так чем же ты занимаешься? Что такое кильватерное ускорение?
– Дело в том, что плазма способна выдерживать без разрушения огромные электрические поля, в тысячи раз более сильные, нежели любая металлическая структура. Наш коллектив ищет, как эти поля создавать, контролировать и использовать для ускорения частиц. Иными словами, закладывает теоретические основы ускорителей будущего, которые откроют новые возможности для познания природы. Главная цель исследований сейчас – это получение нового знания, а не постройка прибора для народного хозяйства или для другой области науки. Нужно узнать, что может, а что не может плазма.
Несмотря на наличие около 50 экспериментальных лабораторий, занимающихся исследованиями кильватерного ускорения, наблюдение за происходящими в плазме процессами остается затруднительным. Детекторы позволяют регистрировать определенные параметры, но не обеспечивают комплексного понимания явления в целом. В отличие от экспериментальных методов численное моделирование предоставляет возможность всестороннего анализа процессов, происходящих в текущих и будущих экспериментах, а также способствует проектированию новых экспериментальных установок с оптимальными характеристиками.
– А сейчас чем ты занимаешься?
– В настоящее время я работаю над ответственной задачей, связанной с модификацией программного модуля, описывающего динамику лазерного излучения. Данная задача предполагает не только разработку значительного объема программного кода, но и анализ научной литературы на английском языке, написание схемы для численного решения методом конечных разностей, написание уравнений эволюции электромагнитных полей. Цель в том, чтобы расширить область применимости нашего кода. Квазистатический метод, который мы используем, позволяет получать решение с той же точностью, но на порядки быстрее других кодов, не использующих упрощения. Когда речь идет о задачах, занимающих миллионы часов процессорного времени на суперкомпьютерах, это особенно важно.
Даниил Кутергин. Фото Т. Морозовой.
Наша долгосрочная цель заключается в том, чтобы разработанное нами программное обеспечение получило широкое признание и применение. И, конечно, каждый этап нашей работы представляет собой вклад в науку, позволяющий продвинуться в изучении электромагнитных явлений и открыть новые возможности для моделирования сложных физических экспериментов.
– Помогает ли тебе знание физики в жизни?
– Моя мама часто говорит, что для меня физика – это призвание, а не профессия. Это особенно заметно, когда я начинаю анализировать физические явления, наблюдаемые в повседневной жизни. Например, меня долгое время занимал вопрос, почему при взгляде на уличный фонарь через занавеску возникает не одна световая точка, а крестообразный узор из пяти. Недавно мне удалось осознать это явление: вертикальные и горизонтальные нити занавески расположены весьма плотно и действуют как дифракционная решетка, преломляя свет и создавая несколько изображений фонаря. Другой пример – это объяснение того, почему лужи с бензином переливаются разными цветами.
– Расскажи, пожалуйста, почему? Смогу наконец-то ребенку объяснить.
– Бензин формирует тонкую пленку на поверхности воды. Свет, отражаясь от верхней и нижней границ этой пленки, интерферирует. В результате этой интерференции, в зависимости от толщины пленки и длины волны света, мы видим различные цвета.
– Получается, что настоящий исследователь помимо того, что обладает знаниями, которые помогают объяснять физические явления в природе, он еще и обречен постоянно что-то подмечать. Устает ли голова от бесконечной работы?
– Разумеется, интенсивная работа требует восстановления. Интересно, что решение сложных задач порой приходит спонтанно, в моменты, когда, казалось бы, уже отдыхаешь. Однако, целенаправленный отдых тоже необходим. Академгородок идеально сочетает в себе возможности для плодотворной работы и восстановления: завершил работу, закрыл ноутбук и пошел гулять на свежий воздух.
Подготовила Татьяна Морозова