Первое впечатление от науки
- 02.12.2024
Аспирант Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) Сергей Шерстюк окончил физический факультет Новосибирского государственного университета (ФФ НГУ) по направлению физика ускорителей. Рабочий день молодого специалиста начинается на пультовой электрон-позитронного коллайдера ВЭПП-2000, здесь Сергей исследует явления, которые влияют на количество частиц в пучке. Результаты экспериментов с одним из таких явлений – когерентными бетатронными колебаниями – Сергей представил на Конкурсе молодых ученых ИЯФ СО РАН в 2024 г., где занял второе место. В интервью Сергей рассказал о том, что его привлекает в ускорительной физике, и почему он не выбрал популярное среди студентов ФФ НГУ направление физики элементарных частиц, какие чувства испытал, когда впервые увидел коллайдер, и чем любит заниматься в свободное время.
– Сергей, расскажи, пожалуйста, как ты понял, что хочешь заниматься физикой?
– В детстве мне очень нравились самолеты, они представлялись, впрочем, как и сейчас, сложными техническими объектами. Если в небе летит самолет, то даже взрослые люди, поднимают головы. Факт того, что железная конструкция все-таки летит, обращает на себя внимание. Наверное, какая-то склонность к технике была с детства, а в школе была способность к математике и физике, поэтому я поступил сначала в Физико-математическую школу при НГУ (СУНЦ НГУ), а потом – на физфак НГУ.
– Студенты на ФФ НГУ выбирают кафедру, а соответственно и научно-исследовательский институт, в котором будут работать, в начале третьего курса. К этому времени ты уже четко формулировал для себя, чего хочешь?
– На первых курсах университета очень тяжело знать и понимать, что происходит в институтах, что конкретно делают люди. Для этого не хватает образования и кругозора. И уж тем более сложно понять, чем сам хочешь заниматься. Поэтому, мне кажется, у большинства студентов большую роль в выборе кафедры и профессионального пути играет случайность, определенное стечение обстоятельств.
Инженер-исследователь ИЯФ СО РАН Сергей Шерстюк на коллайдере ВЭПП-2000. Фото Т.Морозовой.
Свой выбор в пользу Института ядерной физики я сделал благодаря одному студенческому мероприятию, которое проводится после курса «Механика и теория относительности» – чаепитию для отличников за круглым столом ИЯФ. Я побывал на такой встрече, походил, пообщался с учеными, рассказал, что очень интересуюсь физикой и мне, как студенту, хотелось бы приблизиться к более реальной научной работе. Я тогда не формулировал четко, что хочу быть физиком-ускорительщиком, я просто хотел увидеть, как работают ученые. Но именно на чаепитии я познакомился со своим будущим научным руководителем – Евгением Алексеевичем Переведенцевым. Так я оказался на кафедре физики ускорителей в НГУ, а после окончания университета начал работать в ИЯФе, хотя правильнее было бы сказать – продолжил учиться.
Физика элементарных частиц, действительно, имеет некоторую популярность среди школьников ФМШ и студентов физфака, просто потому что если случается какая-то научно-популярная лекция, то она обязательно о ядрах и кварках. Но если внимательнее осмотреться, то станет понятно, что физика ускорителей не менее интересна. Более того, она так объемна в плане содержания, включает в себя так много всего: от науки о движении частиц до материаловедения, что предлагает уникальную для студента возможность – переходить из одного своего «района» в другой, пополняясь знаниями из различных дисциплин.
– Значит объектом твоих исследований является коллайдер ВЭПП-2000 и все, что в нем происходит? Помнишь ли ты, что почувствовал, когда впервые его увидел?
– Впервые я увидел ВЭПП-2000 еще когда учился в ФМШ. Нас водили на экскурсии по институтам Академгородка, и в том числе в ИЯФ. Я очень плохо помню то время, это уже такой теряющийся в тумане опыт, но уверен, что тогда я толком и не знал, что такое коллайдер, и, наверняка, мне было тяжело понять, куда смотреть, чтобы восхищаться.
При более зрелом приближении возникло некоторое восхищение, причем не только самой установкой, ее технологической сложностью, но и людьми, которые работают на ней, ставят эксперименты. Помню, я подумал – удивительное дело, эти люди знакомы с каждой системой и деталью этой сложной машины, и в голове каждого из них помещаются знания обо всем, что связано с работой коллайдера. Такой энциклопедизм в некотором роде. Тогда я понял, что у меня довольно необычное место работы.
– Расскажи, какие задачи ставит перед тобой лаборатория, и какие результаты своих исследований ты представил на Конкурсе молодых ученых ИЯФ СО РАН?
С. Шерстюк. Фото Т. Морозовой.
– Деятельность нашей лаборатории строится вокруг электрон-позитронного коллайдера ВЭПП-2000, и задачи мы решаем те, который возникают в его работе в ежедневном порядке. Например, чтобы коллайдер производил статистику в нужном объеме, нам постоянно нужно определенное количество частиц в пучках электронов и позитронов. А их там должно быть очень много, примерно, 1011. Но физика процессов накопления, ускорения и столкновения частиц такова, что из-за различных эффектов и явлений, происходящих в сложной системе частиц и электромагнитных полей, частицы перестают накапливаться. Простыми словами, мы хотим их еще сложить в кольцо, а они не складываются.
Я изучал когерентные бетатронные колебания при инжекции частиц в ВЭПП-2000 – процесс, который является одной из причин того, что частицы перестают накапливаться в кольце. Частицы в кольце движутся в довольно причудливой обстановке: они летят с ультрарелятивистской скоростью, близкой к скорости света, и вместе с ними движутся их электромагнитные поля. Электромагнитные поля частиц, которые летят впереди, влияют на частицы, летящие следом. И ко всему этому они все движутся в магнитном поле, которое создается внешними магнитами. Я рассматривал две группы частиц: накопленную и инжектируемую. Оказалось, что сочетание нелинейности ведущего магнитного поля и полей накопленных частиц, пороговым образом влияет на устойчивость инжектируемой порции частиц. Свою догадку я подтвердил в эксперименте. Я показал, что если частота колебаний частиц растет с амплитудой, то движение частиц устойчивое и они хорошо накапливаются, а если частота колебаний уменьшается с ростом их амплитуды, то инжектируемые частицы могут погибнуть. Но это была маленькая подзадача.
Этюд с яблоней. Акварель. Автор С. Шерстюк.
Теперь я работаю над улучшением модели, помимо накопленного и инжектируемого пучков, я должен включить в нее встречный пучок. Если посмотреть на задачу шире, то ее можно отнести к классу задач о коллективных эффектах в ускорителях. Это уже наука о движении такого количества частиц, которое сложно не только представить, но и посчитать.
– То есть благодаря твоей работе можно сделать так, чтобы частицы не переставали накапливаться?
– Скорее так – я могу посоветовать обратить внимание на этот параметр, и это да, действительно, может помочь.
– Что тебе нравится в твоей работе?
– В физике ускорителей мне нравится все то, что я понял о ней в начале – большая свобода для творчества, самовыражения, и возможность менять тему, если где-то заскучал, или что-то не получается, или не твое. А еще нравится работать в большом коллективе – здесь всегда есть с кем посоветоваться, попросить помощи. Это очень важно, потому что иногда складываются тоскливые ситуации: вчера ничего не получалось, сегодня ничего не получается, и вот, как хочешь, так и выходи из этого. Командная работа тем и хороша, что помогает справляться с тяжелыми ситуациями, которые периодически возникают у каждого.
Пейзаж в окрестностях Юрги. Масло. Автор С. Шерстюк.
– Когда сильно устаешь, что помогает переключиться и расслабиться?
– Получаю удовольствие, когда летом есть возможность полтора часа побегать по корту, поиграть в большой теннис. Помогает расслабиться игра на гитаре, или могу сесть порисовать. Тоже хороший эффект. Могу увлечься интересной книгой, недавно прочитал «Улисса» Джеймса Джойса. Текст написан таким образом, что обращает на себя больше внимания, чем сюжет. Увидеть такое было мне очень полезно.
– Что самое главное в первой встрече с настоящей наукой?
– То, какой тебе попадется научный руководитель. Это человек, который не просто ставит задачи, он подбирает их под тебя, под твои способности, склад ума и характер, и вообще помогает тебе лучше понять свои интересы, определиться с профилем. Подбор задач может сильно повлиять на будущее студента: кто-то разочаруется и уйдет, а кому-то понравится. Научный руководитель создает твое первое впечатление о науке.
Подготовила Татьяна Морозова